Эндрю Траскотт (слева) и Роман Хакимов (справа) осуществляют на практике знаменитый мысленный эксперимент Уилера, который доказывает одно из фундаментальных предсказаний квантовой теории
Квантовый эксперимент ученых из Национального университета Австралии подтверждает известную теорию о том, что реальность не существует до тех пор, пока ее не измерит сторонний наблюдатель.
По крайней мере, это актуально для объектов очень мелкого масштаба.
Результаты эксперимента были опубликованы в авторитетном издании Nature Physics.
Исследователи пытались повторить известный эксперимент, который лежит в основе очень странного предсказания квантовой физики о природе реальности. Согласно этому предсказанию, нет никакой реальности до тех пор, пока мы ее не измерим, по крайней мере, в очень маленьком масштабе.
У простого обывателя этот тезис вызывает ощущение “стойкого бреда”, да и с общей теорией относительности Эйнштейна многие устои квантовой теории пока согласовать не удалось.
Впрочем, это не мешает физикам активно экспериментировать в этой области, а реально работающие квантовые компьютеры уже давно никого не удивляют.
Реальность не существует
Исследователи задались простым на первый взгляд вопросом. Если речь идет об объекте, который может вести себя либо как частица, либо как волна, то в какой момент времени объект “решает”, как именно себя вести?
Согласно общей логике, объект должен быть либо частицей, либо волной по своему происхождению, а следовательно не имеет значение, кто проводит измерения либо наблюдения за объектом, поскольку его природа от этого не изменится.
Эксперимент доказывает, что наблюдения за атомом в будущем влияют на его поведение в прошлом
Но согласно квантовой теории, это не так.
Квантовая теория предполагает, что результат зависит от того, как объект измеряли в конце его пути.
И группа австралийских физиков в ходе своего эксперимента нашла доказательства того, что все происходит именно так.
“Наше исследование доказывает, что измерение решает все. На квантовом уровне реальность не существует, если вы ее не видите”, – заключает руководитель исследования Эндрю Траскотт, физик из Австралийского национального университета в Канберре.
Впервые подобный эксперимент был предложен американским физиком-теоретиком Джоном Уилером в 1978 году. Сейчас он известен в науке как эксперимент Уилера с отложенным выбором.
Уилер предлагал использовать лучи света, отраженные зеркалами, но в те времена технологии не позволяли провести такой эксперимент в полной мере. Почти 40 лет спустя группа австралийских исследователей смогла реализовать идею эксперимента Уилера с использованием атомов гелия, взаимодействующих с лазерными лучами.
Исследователи заключили атомы гелия в состояние “конденсата Бозе-Эйнштейна”, которое позволяет наблюдать квантовые эффекты на макроскопическом уровне, а затем удалили все атомы кроме одного.
Этот единственный атом затем пропустили между двумя лазерными лучами, которые выступали в той же роли, в которой мелкая сетка выступает для лучей света. Т.е. в роли неравномерной решетки.
Затем на пути атома была добавлена вторая такая “сетка”.
Это привело к искажению пути атома, он отправился по обоим возможным путям так, как это сделала бы волна. Иными словами, атом проходил два разных пути.
Но при повторном эксперименте, когда вторая “сетка” не была добавлена, атом выбирал лишь один возможный путь.
По мнению исследователей, тот факт, что вторая “сетка” была добавлена уже после того, как атом пересекал первое “распутье”, предполагает, что атом, образно говоря, так и не определился со своей природой до того, как подвергся наблюдению (или измерению) во второй раз.
“Предсказания квантовой физики относительно взаимодействия объектов могут казаться странными, когда речь идет о свете, который ведет себя как волна”, – поясняетРоман Хакимов, сотрудник Австралийского национального университета, принимавший участие в исследовании.
Но по его словам, эксперименты с атомами, которые имеют массу и взаимодействуют с электрическими полями, делает картину еще более невероятной.
Проще говоря, если принять тот факт, что атом выбирал определенный путь на первом распутье, эксперимент доказывает, что будущие измерения могут оказывать влияние на прошлое атома, поясняет руководитель исследования Энди Траскотт.
“Атом не совершал путь между условными точками А и B, – поясняет он. – Только после измерений в конечной точке наблюдения, становилось понятно повел ли себя атом как волна, разделяясь по двум направлениям, или как частица, выбирая одно”.
Что это значит?
Несмотря на то, что все это звучит дико для непосвященного человека, авторы исследования говорят, что эксперимент является подтверждением квантовой теории. По крайней мере, в мельчайших масштабах.
Эта теория уже позволила создать ряд вполне работоспособных технологий в области лазеров и компьютерных процессоров, но до сих пор таких ярких экспериментов, подтверждающих ее, не было.
Траскотт и Хакимов в сущности нашли подтверждение тому, что реальность не существует, пока мы ее не наблюдаем.
Это один из основополагающих тезисов квантовой теории. Именно его невероятность с точки зрения обывателя, для которого дождь не перестает идти, даже если ты закроешь глаза, чтобы его не видеть, делают квантовую теорию “оторванной от реальности”.
До сих пор не было найдено никаких доказательств того, что этот принцип действует в реальности. Мысленный эксперимент Уилера, равно как и подтверждающий его практический эксперимент Траскотта, пока относятся лишь к квантовому уровню.
В то же время, ряд философов считает, что даже будучи неприменимой к макро уровню, квантовая теория может быть полезной для обывателя, поскольку (будучи грубо сформулированной) гласит, что мир является в точности таким, каким мы его видим.
