Кожна миша може змінити світ, лише глянувши на нього

Квантова теорія виникла приблизно 100 років тому, але досі хвилює світлі уми планети, порушуючи все більше запитань щодо засад світобудови. Вона перекреслює канони класичної фізики і догори дригом перевертає усталені уявлення про те, як саме влаштовано світ.

Коли квантова фізика виникла, вчені не могли пояснити, як може дивна, навіть парадоксальна поведінка мікрочастинок "вписатися" в рамки класичної фізики. Нині науковці не розуміють, як із квантових частинок виникає той світ, який бачимо. І хоча результати експериментів видаються нереальними і парадоксальними, жодне дослідження не заперечило основ квантової механіки. Проте відкрило величезний простір для інтерпретацій, серед яких – здатність змінити світ своєю думкою, існування паралельних світів і тисяч "я", можливість бути одн очасно в різних місцях тощо.

"Якщо ви очікуєте містики, то її не буде", – такими словами розпочав нашу розмову професор кафедри теоретичної фізики Львівського національного університету Володимир Ткачук. Відтак півтори години розповідав про речі, які просто шокують.

Завдання фізики – сказати, як живе світ

– Квантовій механіці приписують майже фантастичні речі. Мовляв, вона доводить, що людина здатна змінити світ, прос­то глянувши на нього…

– Це правда. Наші спостереження впливають на цей світ. Причому якщо класична фізика � �озволяє точно спостерігати і не впливати при цьому на реальність, то у квантовій фізиці все не так: ви не можете щось спостерігати, не впливаючи на нього. Наприклад, ви маєте звичайний м'ячик і дивитеся, де він розміщений. У класичній фізиці ви можете точно сказати, де саме він розташований, ніяк не вплинувши на нього. Якщо ж у вас є квантовий м'ячик, то тільки-но ви скажете, що цей м'ячик посередині стола, він миттєво починає рухатися, отримує швидкість і втікає з цього місця.

– А чому?

– Тому що природа така. Завдання фізики не відпов істи "чому", оскільки це запитання можна ставити до нескінченності: на кожне "чому" буде ще одне "чому" і так далі. Завдання фізики – сказати, як живе світ, у який спосіб він поводиться.

– Квантова фізика дає від­повідь, як живе світ?

– Так. Але для того, щоб це пояснити, потрібно вивчити мову, якою говорить квантова фізика.

– Тоді вчімо мову. З чого все почалося?

– Серцем квантової механіки є дослід із двома щілинами. Сам дослід описувати довго, але якщо двома словами описати результат, то побачимо: мікрочастинки – фотони й еле� �трони – можуть поводитися по-різному. В одних випадках вони, як хвиля, в інших – як частинка. З погляду класичної фізики це нереально – ми звикли, що частинка є частинкою, а хвиля – хвилею. Класична частинка не може проявляти себе, як хвиля. Однак експеримент свідчить про протилежне, і з цього, власне, й виникає квантова теорія. Причому поведінка частинки залежить від того, що і як ми вимірюватимемо.

– Тобто електрон поводиться так, як ми хотіли б?

– Саме так. Якщо вимагаємо, щоб він був частинкою, він нею буде. Якщо хочемо хвилю – будь � �аска, маємо хвилю. А насправді він не є ні тим, ані іншим. Це – об'єкт, який у певних експериментах поводиться як частинка, в інших – як хвиля, а ще в якихось – проявляє себе цілком іншим. Іще один дуже важливий постулат квантової механіки – суперпозиція. Це питання можна гіперболізувати, але формулювання дуже просте. Якщо система може перебувати в якомусь одному стані й іншому стані, то вона може бути і в стані, який є суперпозицією цих двох станів. Наприклад, ми п'ємо каву тут – це певний стан. Другий стан – ми п'ємо каву на проспекті Ш� �вченка. Квантова теорія говорить, що існує також стан, коли ми можемо одночасно пити каву і тут, і на проспекті Шевченка. Тобто якщо квантова система може перебувати в одному стані і в іншому, то вона може також бути в стані, який є суперпозицією тих двох станів.

– А як цю теорію накласти на реальне життя?

– Це і є реальне життя. Світ живе саме за такими законами. Але одне уточнення: це стосується мікрочастинок. Інше питання і доволі нетри­віальне – чому ми не спосте­рігаємо цих речей у нашому світі. Однак повернімося до суперпозиції. С уперпозиція – це дуже простий принцип, але саме він призводить до багатьох парадоксів квантової механіки. Для прикладу, електрон при розсіюванні на двох щілинах, проходить через ці дві щілини одночасно. Ми можемо здивуватися: як таке може бути? Такого, здавалося б, бути не може. Але так є.

Ложки таки немає!

– От ви говорите про експерименти, але ж наш світ складається з мікрочастинок, ми самі є ними…

– Це запитання знову є нетривіальним. Якщо світ є квантовим, то питання в тім, звідки виникає класичний світ і чому взагалі існуємо ми я� � такі. Ми говорили: для того, щоб побачити, яким є світ, потрібно, щоб відбувся вимір. А хто цей вимір проводить? Ми? Кожен із нас? Для розгляду цієї проблеми чудово підходить так званий кіт Шредінгера. Це знову принцип суперпозиції. Кота поміщають у ящик і він із ½ часткою ймо­вірності може бути або живим, або мертвим (механізму не пояснюватиму). Квантова меха­ніка каже, що тоді можемо мати стан, коли кіт і живий, і мертвий одночасно. Ми хочемо з'ясувати, в якому стані він перебуває. Щойно відкриємо ящик, то побачимо тварину або живою, або мертвою. Тобто в момент відкриття ящика впливаємо на кота в такий спосіб, що він стає або мертвим, або живим. Хоча насправді все значно складніше.

Для того, щоб кіт був у стані суперпозиції, ящик повинен бути ідеально ізольованим від світу. Тому що будь-який фотон, який влетів ззовні, відразу переведе кота або в один стан, або в інший. І що більша система, то ідеальніше її потрібно ізолювати. До речі, це одне з можливих пояснень, чому в макросвіті не бачимо суперпозиції. Макросвіт, наприклад, ми з вами, це величезна кількість мікрочастинок. І для того, щоб ми могли перебувати у двох станах одночасно, нас треба ізолювати від будь-яких упливів. Але реально це зробити дуже складно. Що більша кількість мікрочастинок, то складніше втримати систему в стані суперпозиції.

– Тобто, якщо я правильно зрозуміла, попри те, що ми можемо бути одночасно тут і на проспекті Шевченка, ми все ж не можемо там бути тому що не ізольовані від зовнішніх упливів?

– Так, нас дуже багато міряють. Нас вимірюють усі – інші люди, навколишнє середовище, а будь-який вимір – це вплив на нас.

– Цитуючи А� �нштайна, це означає, що кожна миша може змінити світ, лише глянувши на нього?

– Звичайно! Але не тільки миша дивиться на світ. На нього дивиться все.

– Якщо принципи квантової механіки не діють на макросвіт, то як щодо відомого вислову про те, що ложки насправді немає?

– Ви праві. Її немає. Якщо вважати, що ложка – це квантовий об'єкт, то для того, щоб вона була, мусимо зафіксувати всі ті атоми, які в ній є. Тобто нашим виміром фіксуємо координату. Водночас виміром ми змінюємо її швидкість. Але ложка доволі масивна, і невизначеність між � �видкістю та координатою мала. Тобто зрозуміло, що ви цю ложку створюєте в той момент, коли її бачите, але через масивність вона навіть після виміру майже не змінює свого стану. Вона не зникає. Тобто вона трошки втікає, але недостатньо для того, аби ми це побачили.

Хто проводить вимір?

– Згідно з однією з інтер­претацій квантової механіки, людина живе в паралельних світах і постійно робить вибір, в якому саме світі їй жити…

– Це так звана теорія Еверетта. Суть дуже проста: в той момент, коли проводимо вимір, у нас багато можливостей. На приклад, ми вимірюємо, де саме перебуває частинка, яка може бути і тут, і там. Припустімо, вона є тут, але існує ½ імовірності, що вона могла бути там. Де саме вона розташована, сказав саме мій вимір. Таким чином, для мене вона є тут. Але існує інша можливість – я ви­міряю, і вона буде там. У цей момент наш світ розійшовся. Для одного мене він пішов однією лінією, а для другого мене – того самого – іншою. Ця теорія говорить, що існують усі можливі світи, тобто в кожен момент є багато можливостей і всі ці можливості реалізуються, однак ці світи живуть паралельно. Це такий собі потік паралельних світів, де є все.

– А можна хоча б теоретично ці світи накласти один на одного?

– Спекуляцій на цю тему багато, однак взаємодії цих світів наразі не спостерігали. Можна, звісно, говорити про якісь передчуття, віщі сни й думати, що це вісточка з паралельних світів. Але це все спекуляції, цікаві для читачів, які прагнуть сенсацій. У нашому світі сенсацій не так уже й багато, він значно простіший.

– Простий світ – це коли є стіл, є ручка, а не тоді, коли стіл або є, або його немає, або й те, � � інше одночасно…

– Ну, в тому, що стіл є, ми можемо не сумніватися…

– Але якщо припустити, що спостерігач – я? Ви сказали, все залежить від того, хто проводить вимір. І якщо вимір проводжу я, то цей стіл існує тільки до того моменту, поки його бачу я, а коли піду, він зникне, як і ви, до речі…

– Узагалі-то питання, хто проводить вимір, складне. А для того, щоб перевірити, чи саме ви проводите вимір, ми спробуємо продовжити експеримент із котом Шредінгера. Тож уявімо: кіт сидить у ящику, він у стані живомертвого. Ви відкриваєте ящик і бачите, в якому саме стані перебуває тварина. Тут є дві можливості. Перша: ви бачите, що кіт живий, і радієте. Друга: кіт мертвий, ви сумуєте. А відтак, як каже квантова механіка, може бути суперпозиція цих ваших двох станів. Тобто ви разом із котом переходите в стан суперпозиції. Тепер запитання: а хто проводить вимір над вами з котом? Можемо продовжити ряд: ви проводите дослід у кімнаті, а хтось відкриває двері й дивиться: усмі­хаєтеся ви чи сумуєте. Таким чином, для того, аби провести вимір, треба третю людину. Але, знову ж таки, ряд можна продовжити : людина, яка відкрила двері, теж буде перебувати в стані суперпозиції до того моменту, поки хтось не проведе вимір над нею. Отже, ми дійдемо до того, що весь наш світ перебуває у стані суперпозиції всіх можливостей. Тоді знову те саме запитання: хто проводить вимір? І куди ми дійдемо?

– До Бога?

– Ну, не знаю, як це назвати, але можна сказати, що для того, аби наш світ існував, мусить існувати щось позаматеріальне – те, що власне й проводить вимір. Бо, зрештою, все, що ми бачимо навколо, можна розглядати як квантову систему. Я, ви, сонце, фото� �и – все це певна кількість атомів, квантова система. Ну то як ви можете проводити вимір, якщо ви – набір атомів, включений у квантовий стан з усім світом? Чи все-таки є щось поза тим всім? У такий спосіб ми доходимо до того, що, можливо, тим позаматеріальним, що власне і проводить вимір, є наша думка. І саме наша думка є тим впливом на світ, про який починали говорити. І що наша думка створює світ. Бо куди звалиться той кіт – до живого чи до мертвого – залежить від того, як ми про нього подумаємо. Можливо, наша думка і створює того кота – живого чи мертвого. А уявіть собі, що замість кота в ящику сидимо ми з вами. Тоді все ще складніше. Бо виникає запитання: що тоді з нашою думкою, в якому вона стані? Що ми думаємо про себе? В якому ми стані? Можливо, людина, налаштована жити, своєю думкою і створює ситуацію, коли вона залишається живою? Тобто людина, яка хоче жити, житиме. Щоправда, це спрацьовує лише у випадку, коли система є нестійкою – саме тоді вона може під впливом дуже маленького збурення скотитися або в один стан, або в інший.

Розмовляла Ірина Гамрищак

Джерело: gazeta.lviv.ua

Здесь можно оставить свои комментарии.