Квантово-мистическая картина мира. Структура реальности и путь человека

В заключение главы хочу сказать, что квантовая механика давно имеет дело не только с лабораторными опытами. Согласно имеющимся оценкам[45], 30 % национального продукта Соединённых Штатов базируется на изобретениях, ставших возможными благодаря квантовой механике. А сейчас уже имеются коммерческие предложения, использующие нелокальную связь между частицами: например, в предлагаемых на рынке системах квантовой криптографии, обеспечивающих абсолютную защиту связи[46]. Так что сказанное еще как относится к тому миру, в котором мы живем. А о том, какие следствия из квантовой картины мира применимы к общим вопросам мироздания, мы поговорим далее.

Подведём итоги этой главы.

• Физическим системам нельзя приписать (по крайней мере, всегда) характеристики как объективно существующие и независимые от проводимых измерений. Характеристики объекта «создаются» наблюдателем; вне акта наблюдения состояние любого объекта во многом является неопределенным. Частицы, образованные когда-то в одном акте, остаются в замкнутой системе единым объектом, вне зависимости от того, на каком расстоянии они находятся, и как давно произошло их разделение. Если с одной из них что-то происходит, то другие мгновенно меняют свои наблюдаемые свойства, и это происходит без материального носителя взаимодействия. Такие объекты не локализованы где-либо и обычно называются нелокальными (или квантово-коррелированными) структурами. Как мы убедимся в следующей главе, для них понятия времени и пространства, причины и следствия могут терять смысл.

• В любой замкнутой системе когерентность состояний не разрушается, то есть суперпозиция не переходит в смесь, и сама система является нелокальной. Отдельные локальные объекты (например, частицы) могут наблюдаться в ней только «изнутри», при взаимодействии отдельных подсистем и при «взгляде» из отдельных подсистем (подробнее об этом позже).

• В замкнутой системе состояние каждой частицы может быть как квантово-коррелированным с состояниями остальных частиц в данной системе, так и нет. В первом случае говорят о запутанном (то есть связанном, квантово-коррелированном, взаимозависимом) состоянии, а во втором — о сепарабельном (независимом) состоянии подсистем.

• Наш мир в своей основе нелокален и не может быть описан теориями, основанными на локальности и детерминизме. Именно об этом свидетельствуют результаты опытов, направленных на проверку неравенств Белла, которые позволяют отличить предсказания квантовой механики от предсказаний локальной объективной теории.

Домашнее задание будет таким. Я сейчас расскажу об эффектном эксперименте, идея которого была предложена в 1978 году Дж. Уилером[47] и который в дальнейшем был осуществлен[48] несколькими группами ученых в середине 80-х годов. Он известен как эксперимент с отложенным выбором.

Вашей задачей будет предсказать его результаты.

Рис. 9

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?

Глава 4. Пространство и время

Когда меня спрашивают, что такое время, я этого не знаю. Но когда меня не спрашивают, я это знаю.

Августин Блаженный

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.