Новое в блогах. Квантовая механика и сознание
|
Поиск Лекций
Дифракция электронов Согласно опросу знаменитых физиков, проведенному The New York Times, эксперимент с дифракцией электронов является одним из самых удивительных исследований в истории науки. Какова его природа? Существует источник, который излучает пучок электронов на светочувствительный экран. И есть препятствие на пути этих электронов, медная пластина с двумя щелями. Какую картинку можно ожидать на экране, если электроны обычно представляются нам небольшими заряженными шариками? Две полосы напротив прорезей в медной пластине. Но на самом деле на экране появляется куда более сложный узор из чередующихся белых и черных полос. Это связано с тем, что при прохождении через щель электроны начинают вести себя не только как частицы, но и как волны (так же ведут себя фотоны или другие легкие частицы, которые могут быть волной в то же время). Эти волны взаимодействуют в пространстве, сталкиваясь и усиливая друг друга, и в результате сложный рисунок из чередующихся светлых и темных полос отображается на экране. В то же время результат этого эксперимента не изменяется, даже если электроны проходят один за одним — даже одна частица может быть волной и проходить одновременно через две щели. Этот постулат был одним из основных в Копенгагенской интерпретации квантовой механики, когда частицы могут одновременно демонстрировать свои «обычные» физические свойства и экзотические свойства как волна. Но как насчет наблюдателя? Именно он делает эту запутанную историю еще более запутанной. Когда физики во время подобных экспериментов попытались определить с помощью инструментов, через какую щель фактически проходит электрон, картинка на экране резко изменилась и стала «классической»: с двумя освещенными секциями строго напротив щелей, безо всяких чередующихся полос. Электроны, казалось, не хотят открывать свою волновую природу бдительному оку наблюдателей. Похоже на тайну, покрытую мраком. Но есть и более просто объяснение: наблюдение за системой не может осуществляться без физического влияния на нее. Это мы обсудим позже. Подогретые фуллерены Эксперименты по дифракции частиц проводились не только с электронами, но и другими, гораздо более крупными объектами. Например, использовались фуллерены, большие и закрытые молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов углерода. Недавно группа ученых из Венского университета под руководством профессора Цайлингера пыталась включить элемент наблюдения в эти эксперименты. Чтобы сделать это, они облучали движущиеся молекулы фуллеренов лазерными лучами. Затем, нагретые внешним источником, молекулы начинали светиться и неизбежно отображать свое присутствие для наблюдателя. Вместе с этим нововведением изменилось и поведение молекул. До начала такого всеобъемлющего наблюдения фуллерены довольно успешно избегали препятствия (проявляя волновые свойства), аналогично предыдущему примеру с электронами, попадающими на экран. Но с присутствием наблюдателя фуллерены стали вести себя как совершенно законопослушные физические частицы.
Охлаждающее измерение Одним из самых известных законов в мире квантовой физики является принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому невозможно определить скорость и положение квантового объекта одновременно. Чем точнее мы измеряем импульс частицы, тем менее точно мы можем измерить ее позицию. Однако в нашем макроскопическом реальном мире обоснованность квантовых законов, действующих на крошечные частицы, обычно остается незамеченной. Недавние эксперименты профессора Шваба из США вносят весьма ценный вклад в эту область. Квантовые эффекты в этих экспериментах были продемонстрированы не на уровне электронов или молекул фуллеренов (примерный диаметр которых составляет 1 нм), а на более крупных объектах, крошечной алюминиевой ленте. Эта лента была зафиксирована с обеих сторон так, чтобы ее середина находилась в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом было помещено устройство, способное точно записывать положение ленты. В результате эксперимента обнаружилось несколько интересных вещей. Во-первых, любое измерение, связанное с положением объекта, и наблюдение за лентой влияло на нее, после каждого измерения положение ленты изменялось. Экспериментаторы определили координаты ленты с высокой точностью, и таким образом, в соответствии с принципом Гейзенберга, изменили ее скорость, а значит и последующее положение. Во-вторых, что было довольно неожиданным, некоторые измерения привели к охлаждению ленты. Таким образом, наблюдатель может изменить физические характеристики объектов одним своим присутствием.
Замерзающие частицы Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются не только в экспериментах с котами, но и сами по себе. Каждая частица имеет средний срок жизни, который, как выясняется, может увеличиться под бдительным оком наблюдателя. Этот квантовый эффект был предсказан еще в 60-х годах, а его блестящее экспериментальное доказательство появилось в статье, опубликованной группой под руководством нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института. В этой работе изучался распад нестабильных возбужденных атомов рубидия. Сразу после подготовки системы атомы возбуждались с помощью лазерного луча. Наблюдение проходило в двух режимах: непрерывном (система постоянно подвергалась небольшим световым импульсам) и импульсном (система время от времени облучалась более мощными импульсами). Полученные результаты полностью соответствовали теоретическим предсказаниям. Внешние световые эффекты замедляют распад частиц, возвращая их в исходное состояние, которое далеко от состояния распада. Величина этого эффекта также совпадала с прогнозами. Максимальный срок существования нестабильных возбужденных атомов рубидия увеличивался в 30 раз.
Квантовая механика и сознание Электроны и фуллерены перестают показывать свои волновые свойства, алюминиевые пластинки остывают, а нестабильные частицы замедляют свой распад. Бдительное око наблюдателя буквально меняет мир. Почему это не может быть доказательством причастности наших умов к работе мира? Возможно, Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийский физик, лауреат Нобелевской премии, пионер квантовой механики) были правы, в конце концов, когда заявили, что законы физики и сознания следует рассматривать как дополняющие одно другое? Мы находимся в одном шаге от признания того, что мир вокруг нас — просто иллюзорный продукт нашего разума. Идея страшная и заманчивая. Давайте попробуем снова обратиться к физикам. Особенно в последние годы, когда все меньше и меньше людей верят Копенгагенской интерпретации квантовой механики с ее загадочными коллапсами волновой функции, обращаясь к более приземленной и надежной декогеренции. Дело в том, что во всех этих экспериментах с наблюдениями экспериментаторы неизбежно влияли на систему. Они зажигали ее с помощью лазера и устанавливали измерительные приборы. Их объединял важный принцип: вы не можете наблюдать за системой или измерять ее свойства, не взаимодействуя с ней. Любое взаимодействие есть процесс модификации свойств. Особенно когда крошечная квантовая система подвергается воздействию колоссальных квантовых объектов. Некий вечно нейтральный буддист-наблюдатель невозможен в принципе. И здесь в игру вступает термин «декогеренция», который является необратимым с точки зрения термодинамики: квантовые свойства системы меняются при взаимодействии с другой крупной системой. Во время этого взаимодействия квантовая система теряет свои первоначальные свойства и становится классической, словно «подчиняясь» крупной системе. Это объясняет и парадокс кота Шредингера: кот — это слишком большая система, поэтому ее нельзя изолировать от остального мира. Сама конструкция этого мысленного эксперимента не совсем корректна. В любом случае, если допустить реальность акта творения сознанием, декогеренция представляется гораздо более удобным подходом. Возможно, даже слишком удобным. При таком подходе весь классический мир становится одним большим следствием декогеренции. И как заявил автор одной из самых известных книг в этой области, такой подход логически приводит к заявлениям типа «в мире нет частиц» или «нет времени на фундаментальном уровне». В чем правда: в создателе-наблюдателе или мощной декогеренции? Нам нужно выбрать между двух зол. Тем не менее ученые все больше убеждаются в том, что квантовые эффекты — проявление наших психических процессов. И то, где заканчивается наблюдение и начинается реальность, зависит от каждого из нас. |
|
poisk-ru.ru
Запутанное остается запутанным - квантовая механика и квантовое сознание
В понедельник 25 декабря 2006 года вечером в Библиотеке-фонде «Русское Зарубежье» участвовал в работе семинара «Языки и тексты», на котором доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Физического института имени Петра Николаевича Лебедева Российской Академии наук Михаил Борисович Менский сделал доклад «Феномен сознания в свете многомировой интерпретации квантовой теории».
Дельный доклад, добротная информация, много интересных соответствий между квантово-механическими явлениями-парадоксами и особенностями человеческого сознания. После доклада пообщался с профессионалом и рассказал ему о запатентованном мною устройстве квантово-механической мгновенной коммуникации Панком (http://www.panlog.ru/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=10). Он не поверил – «Такого не может быть! Необходима классическая связь». Я сослался как на опыт Пфлигора-Мандела (1967), так и на апробацию моего изобретения доктором физико-математических наук Валерием Аблековым в эксперименте 1969 года с двумя идентичными монохроматическими газовыми лазерами, один из которых находился в подвале физического факультета МГУ, а другой в трех километрах в лаборатории физико-математического факультета Московского государственного педагогического института имени Владимира Ильича Ленина неподалеку от метро Фрунзенская.
Оба лазера экранировались металлическими чехлами от воздействия внешних электромагнитных полей. Луч физфаковского лазера моделировался обычной ячейкой Фарадея, поворачивающей плоскость поляризации, а луч физматовского лазера направлялся в фотоумножитель, сигнал с которого снимался на осциллограф. И морзянка с физфака передавалась без участия электромагнитных волн лишь за счет квантово-механических корреляций, ибо два одинаковых квантовомеханических объекта описываются в квантовой механике одной волновой (пси-) функцией, и оба объекта являются в итоге одним целым, и воздействие на один мгновенно откликается на другом. Сверхсветовой передачи энергии нет, ибо распространение энергии осуществляется через пространство-время, и выше скорости света не прыгнешь, а мгновенная передача информации есть, поскольку пси-функция – «поверх» пространства-времени.
И вообще надо верить квантово-механическому формализму, предполагающему мгновенную корреляцию «родственных» квантовых состояний и мгновенную редукцию волнового пакета, и не гипнотизироваться шаблонно-классическим здравым смыслом. Об этом предупреждал, кстати, классик квантово-механического понимания жизни, один из основоположников квантовой механики нобелевский лауреат Эрвин Шредингер в книге «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1943 http://kirsoft.com.ru/freedom/KSNews_367.htm).
Михаил Борисович Менский обещал посмотреть мой сайт с описанием патента Панкома, а я задумался, почему с таким трудом доходит идея мгновенной квантово-механической связи даже до компетентных специалистов по квантовой механике и по теории квантово-механических измерений. Перелистал его книгу – Менский М.Б. Человек и Квантовый мир: Странности квантового мира и тайна сознания (Фрязино: Век-2, 2006. – 320 стр. http://www.vek2.nm.ru/L2/Mensky.htm). Да, неплохо интерпретируется и развивается им концепция Хью Эверетта (http://everettian.chat.ru/Russian/Mensky.html), и сама эта концепция пытается преодолеть одно парадоксальное (мгновенную корелляцию) другим ещё более парадоксальным (множественность миров) (http://www.univer.omsk.su/omsk/Sci/Everett/0.htm). Я же не считаю квантово-механическое дальнодействие каким-то парадоксом, воспринимая его просто как экспериментально-установленный факт и пытаясь использовать на практике.
Между тем многие современные физики, и М.Б. Менский тоже, пытаются истолковать такие факты, проявляющиеся в интенсивно-исследумых ныне явлениях «запутывания» (entanglement) квантово-механических состояний, через привязку квантово-механических корреляций к классическому близкодействию. Последние строки книги М.Б. Менского гласят: «Требуется ещё классическая информация, передача которой происходит по обычному каналу не быстрее, чем со скоростью света. Поэтому каждый раз в момент измерения остается неизвестным, произошла ли при телепортации деформация состояния, которая требует корректирующего преобразования. В итоге мы вынуждены заключить, что сверхсветовая телепортация невозможна даже при наличии заранее подготовленной корреляционной линии» (стр. 314-315). Этот вывод свидетельствует, на мой взгляд, о недоверии к очевидному квантово-механическому формализму. И изобретаются лишние сущности и гипотезы вместо того, чтобы брать формализм как он есть и не корежить якобы «реальность» ради подгонки под формализм, а самим формализмом формировать реальность.
Впрочем, в остальном книга Михаила Борисовича Менского показалась мне насыщенной, я её обязательно проштудирую. В Аннотации сказано:
«Квантовая механика, самый, пожалуй, удивительный раздел физики, обсуждается в этой книге с различных точек зре-ния. В части I излагается история создания квантовой механики и ее основные идеи, рождавшиеся в процессе трудного преодоления привычной классической картины мира. На некоторых важных примерах (сверхпроводимость и сверхтекучесть, лазеры, нанотехнология, квантовая информатика) иллюстрируются приложения квантовой механики в современной технике.
Часть II посвящена до сих пор нерешенным концептуальным вопросам (парадоксам) квантовой механики. Показывается, как попытка их решения приводит к картине параллельных миров (так называемая интерпретация Эверетта), а ее логическое продолжение — к новому пониманию феномена сознания и к объяснению его необычных возможностей, которые на первый взгляд противоречат законам физики».
А Предисловие гласит:
«В 2005 году исполняется 100 лет с того момента, когда была написана важнейшая статья Эйнштейна по основаниям квантовой механики, в которой он ввел понятие фотона. В связи с этим ЮНЕСКО объявило 2005 год годом физики. Интерес к квантовой механике сейчас чрезвычайно высок, причем не только среди специалистов, но и в широкой публике. Сама квантовая механика находится в стадии очень быстрого развития и в связи с новыми ее приложениями в технике, и в связи с углублением интереса к концептуальным проблемам этой науки. Интерес в значительной степени подогревается тем, что эти знаменитые концептуальные проблемы, или парадоксы квантовой механики, по-видимому, напрямую связаны со странными и до сих пор не объясненными феноменами, происходящими в человеческом сознании.
Вот об этом и пойдет речь в этой книге: начиная с того, как родилась эта странная квантовая механика, и кончая тем, как она может «объяснить» странные возможности, таящиеся в сознании. Сначала — о том, как Человек познал Квантовый Мир, потом - о том, как особенности Квантового Мира помогают познать самого Человека, да и вообще Феномен Жизни.
Несмотря на то, что мною в последние годы опубликовано несколько книг и статей по квантовой механике, в том числе некоторые - по общим вопросам квантовой механики, было трудно решиться писать на эту тему книгу, рассчитанную на более широкий круг читателей. Нелегко было также выбрать уровень изложения в такой книге. Объективная трудность этого проекта состоит в том, чтобы свести к минимуму использование математического формализма, не переходя все же к чисто беллетристическому стилю изложения.
В конце концов был выбран такой подход, при котором во-первых, в разных частях книги уровень «математизации» выбирается по-разному, а во-вторых, эти части в значительной степени независимы друг от друга. В результате читатель может опустить материал, который покажется для него слишком трудным. В частности, читатели с «гуманитарными» наклонностями могут опустить часть I и сразу перейти к части II. При этом они не будут полностью освобождены от математики, однако математика будет сведена к минимуму. Если смириться с некоторыми логическими пробелами, то можно даже читать часть II, начиная с главы 5 и попытаться познакомиться с идеями «квантового сознания», при этом практически полностью обойдя математический формализм. На самом деле, конечно, глубокое понимание даже чисто «гуманитарных» или, точнее, концептуальных аспектов квантовой механики, требует математики. Если не использовать математические формулы, то можно назвать проблемы, но нельзя сделать ясным их реальное содержание. Поэтому тому, кто интересуется этими проблемами всерьез, можно порекомендовать все же разобраться (пусть не при первом, а при втором чтении) в тех простых формулах, которые имеются в части II. Надеюсь, что те трудности, которые должен преодолеть при этом читатель-непрофессионал, окупятся тем, что он познакомится с одним из самых интригующих вопросов в науке, который, по словам Вигнера, «возможно, является самым фундаментальным вопросом из всех».М. Б. МенскийМосква, июль 2005».
Не удержусь, чтобы не привести Содержание этой в самом деле интересной книги (продается в книжном магазине «Москва» на Тверской):
ПредисловиеПредисловие В. Л. Гинзбурга Введение0.1.О чем эта книга0.2. Что такое квантовая механика0.3. Квантовая теория измерений0.4. Квантовая механика и сознаниеЧасть I. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКАГлава 1. Создание квантовой механики1.1.Квантование энергии1.2.Фотоны1.3.Уровни энергии атома1.4.Частица и волна1.5. Матричная и волновая механика1.6. Особенности квантовых измерений1.6.1. Принцип неопределенности1.6.2. Возмущение состояния при измерении1.6.3. Принцип дополнительности1.6.4. Постулат редукции фон Неймана1.7. Завершение квантовой механики1.7.1. Математика и интерпретация теории1.7.2.Созданиематематическогоаппарата1.7.3. Копенгагенская интерпретация1.7.4. Дискуссии Бора и Эйнштейна1.8. Парадокс ЭПР1.9. Основные датыГлава 2. Приложения квантовой механики 2.1. Сверхтекучесть и сверхпроводимость2.2. Лазеры2.3. Нанотехнология2.3.1. «Искусственные атомы»2.3.2. Нанотехнология2.4. Квантовая информатика2.4.1. Квантовая криптография2.4.2. Квантовый компьютер2.4.3. Квантовая телепортацияЧасть II. КВАНТОВЫЙ МИР И СОЗНАНИЕ Глава 3. Квантовые парадоксы 3.1. Парадокс кота Шредингера3.2. Парадокс другаВигнера3.3. Роль сознания наблюдателяГлава 4. Опровержение реализма 4.1. Неравенства Белла и опыты Аспекта4.2. Что означает результат измерения4.3. Проблема измеренияГлава 5. Квантовая физика и сознание 5.1. Концепция Эверетта5.2. Расширенная концепция Эверетта5.3. Альтернативы как коридоры путей5.4. Иллюзия классической реальности5.5. Сознание и «две культуры»5.5.1. Новое понимание феномена сознания5.5.2. Сознание — место встречи двух культур5.5.3. Между материализмом и идеализмомГлава 6. Тайна сознания 6.1. Квантовый мир, сознание и тайна жизни6.2. Модель сознания на квантовом компьютере6.3. На краю сознания6.3.1. Сознание выбирает альтернативу6.3.2. Сознание выходит в квантовый мир6.4. Как проверить высказанные гипотезы6.4.1. Логика концепции квантового сознания6.4.2. Наблюдение над сознанием вместо экспериментов6.5. Феномены, которые объясняются6.5.1. Сознание в психологии и в физике6.5.2. Особые состояния сознания (транс)6.5.3. Невербальное мышление6.5.4. Ненаучные формы познания6.5.5. Концепция Эверетта и здоровьеЗаключение Приложение A. Квантовые измерения A.1. Пространство состоянийA.2. Эволюция системыA.3. Редукция состояния при измеренииA.4. Матрица плотностиA.5. ДекогеренцияA.6. Непрерывные измеренияПриложение B. Квантовая корреляция B.1. Эффект (парадокс) ЭПРB.2. Неравенства БеллаB.3. Квантовые игрыB.3.1. Отгадывание чиселB.3.2. Корреляция GHZB.4. Квантовая информатикаB.4.1. КубитыB.4.2. Запрет квантового клонированияB.4.3. Квантовый компьютерB.4.4. Квантовая телепортация
skurlatov.livejournal.com
Квантовая механика и сознание | Клуб интеллектуалов
Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?
Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть иллюзорное порождение нашего разума. Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» — комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам.
Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин — декогеренция. Дело вот в чем — во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства не провзаимодействовав с ней.
А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен. Как раз это объясняет термин «декогеренция» — необратимый с точки зрения термодинамики процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой.
Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна. В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции.
А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне». Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол.
Но помните — сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность — выбирать приходится каждому из нас.
Полный текст статьи :http://theoryandpractice.ru/posts/8507-quantum-experiment
maxpark.com
