Михаил Заречный - Квантово-мистическая картина мира. Структура реальности и путь человека

Вашей задачей будет предсказать его результаты.

Поток единичных фотонов (см. рис. 9) падает на расщепитель луча, представляющий собой обыкновенное полупрозрачное зеркало.

Выберет ли фотон определенный путь, А или А '? Если это так, то он проявит свойства частицы, а мы будем с 50 %-й вероятностью регистрировать срабатывание то детектора А , то детектора А '.

А может быть, фотон пройдет одновременно по двум путям А и A ', и наши детекторы зафиксируют интерференционную картину, наподобие картины при дифракции электрона на двух щелях?

Добавим в эксперимент изюминку, в силу которой он и получил название эксперимента с отложенным выбором.

Поставим переключатель, так называемую ячейку Поккельса, которая при включении способна практически мгновенно перенаправить летящий по пути B фотон в еще один приготовленный нами фотодетектор.

Будем включать ячейку Поккельса тогда, когда фотон уже прошел через расщепитель. То есть в этом эксперименте фотон не знает заранее, как ему следует себя вести: как частице, выбрав какой-то определенный маршрут, или как нелокальному объекту, перемещаясь сразу двумя путями.

Какую картину мы будем наблюдать?

Проверьте себя.

При выключенной ячейке Поккельса будет наблюдаться интерференционная картина, отвечающая одновременному прохождению фотона по двум путям. Фотон будет интерферировать сам с собой.

Этот результат ничем не отличается от интерференционной картины, наблюдаемой в двухщелевом эксперименте с электроном или другими частицами.

При включении ячейки Поккельса, в том числе в момент, когда фотон уже прошел через расщепитель, произойдет превращение (редукция) суперпозиционного состояния двух возможных траекторий в состояние смеси, когда фотон как локальный объект летит либо по одному пути, либо по другому. Так происходит потому, что выполняется измерение, выделяющее одну из компонент суперпозиции. Тем самым определяется, по какому из возможных путей движется фотон.

Таким образом, экспериментатор способен заставить фотон стать частицей (и пройти по одному из путей) или вести себя как нелокальный объект и пройти двумя путями сразу. Всё зависит от способа наблюдения! Он может это сделать уже после взаимодействия фотона с расщепителем, поскольку расщепитель не фиксирует каких-либо состояний фотона и не разрушает квантовую суперпозицию.

Мы видим, что способ наблюдения является фильтром, который извлекает из состояния, существовавшего до измерения, одну из содержащихся в нём возможностей.

Сейчас мы с вами двинемся дальше и зададимся вопросом, вызывающим интерес у многих. Всегда ли можно ввести понятие времени? Можно ли использовать его для целостной (замкнутой) системы типа нашей Вселенной или любой замкнутой системы? Возможно, вы уже не удивитесь, что ответ однозначен — нет [49] См., например, De Witt B. S. Phys. Rev. 160. 1113 (1967). .

Прежде чем рассмотреть вопрос о существовании времени в тех или иных системах, сделаем краткий исторический обзор.

Согласно Ньютону, время отделено от пространства, дано Богом и вечно. Существуют Абсолютное Пространствои Абсолютное Время, на которые не влияет никто и ничто, они подобны арене, где происходят все остальные физические явления. Что бы ни происходило, они остаются неизменными. Эти представления о пространстве и времени, отделенных как от материи, так и друг от друга, пользовались и пользуются популярностью, ибо они просты, но в то же время в достаточной степени соответствуют подавляющему большинству практических задач.

Специальная теория относительности [50] По специальной теории относительности особо рекомендую книгу: Тейлор Э., Уилер Дж . Физика пространства — времени. М.: Мир, 1971. При всей строгости изложения она читается как сказка. (СТО) Эйнштейна связала пространство и время в единое пространство-время, в котором временные интервалы и даже последовательность событий для разных наблюдателей могут выглядеть по-разному. Например, СТО утверждает, что часы в самолете идут медленнее часов на земле, и это, как и другие следствия СТО, экспериментально доказано. «Образование» единого пространства — времени возможно благодаря постоянству скорости света: раз скорость света не зависит от скорости источника, его испускающего, и одинакова во всех системах отсчета (это экспериментальный факт!), то единица длины (например, метр) задает и единицу времени (время, за которое свет проходит один метр, или метр светового времени). А из этого вытекает возможность математических структур, описывающих взаимозависимость пространства и времени.

Общая теория относительности(ОТО) идет дальше: она вводит динамическое понятие пространства и времени, которое сложным образом изменяется при взаимодействии с материей. Гравитация понимается здесь как искривление времени и пространства. Это искривленное пространство-время больше не является только ареной, оно само принимает участие в происходящем. Предсказания ОТО многократно подтверждались при наблюдениях разнообразных космических объектов, они используются при расчетах траекторий полетов космических аппаратов в масштабах солнечной системы.

Квантовая теория гравитации [51] См., например, книгу: Грин Брайан . Элегантная вселенная. Суперструны, скрытые размерности и поиски окончательной теории. М.: Изд-во УРСС, 2004. (которая, впрочем, далека от завершения) идет еще дальше и утверждает, что время не есть нечто, имеющее самостоятельное бытие, его не существует вне объектов и полей. В современных теориях время и вовсе выпадает из уравнений. Это означает, что привычного нам пространства и времени в общем случае нет, эти понятия не являются исходными и общими для всех наблюдателей феноменами. Их возникновение должно быть выведено в рамках более глубокой теории [52] Так происходит, например, в петлевой теории квантовой гравитации. См.: Смолин Ли . Атомы пространства — времени // В мире науки. № 4, 48 (2004). Другой подход к этой проблеме изложен в эссе Х. Д. Цее: http://www.decoherence.de/essays.html#zeh. .

Если быть последовательными до конца, то все теории, в которых изначально предусмотрено наличие внешних пространственно-временных координат, следует отнести к классической физике, которая имеет дело исключительно с независимыми друг от друга (так называемыми сепарабельными) состояниями, когда вкладом квантовых корреляций можно пренебречь [53] С этих позиций, например, такой метод квантовой теории, как метод интегралов по траекториям, следует признать полуклассическим: в нём квантовая суперпозиция подменяется набором траекторий, то есть набором смешанных состояний. Это всего лишь удачный математический трюк, позволяющий иногда учесть квантовые эффекты, но не последовательное квантовое описание. .