В конце 1970-х годов легендарный физик Джон Уилер выдвинул радикальный вопрос: когда вселенная осознает, что мы обращаем внимание на квантовый эксперимент? И имеет ли это значение? Ответ вызывает сомнения в том, что мы ранее считали истинным.
Эксперимент Уилера, который в конечном итоге стал реальным опытом, касался знаменитого эксперимента с двумя щелями. Представьте, что у вас есть источник света и экран с двумя тонкими вертикальными щелями. Когда вы пропускаете свет через эти щели, он ведет себя как волна. Свет интерферирует сам с собой, создавая волнообразный рисунок на дальней стене, где чередуются полосы яркости и темноты. Это именно так работают волны, и если вы когда-либо оказывались в гавани с двумя узкими проходами, вы видели, как волны накатываются на берег с аналогичным рисунком.
Теперь представим, что свет очень слабый — так слабый, что в конечном итоге проходит лишь один фотон за раз. Удивительно, даже несмотря на то что каждый отдельный фотон действует как частица, попадая на дальнюю стену в одно конкретное место, когда достаточно фотонов достигает стены, появляется тот же самый интерференционный рисунок. Обычно считается, что волновая природа отдельного фотона интерферирует сама с собой, создавая этот рисунок.
Теперь добавим один уровень сложности. Представьте, что вы вводите детектор на щелях, чтобы выяснить, через какую щель фотон действительно прошел. Когда вы это делаете, волновая природа фотона исчезает. Вы видите, через какую щель прошел фотон, но он всегда ведет себя как частица, и интерференционного рисунка на дальней стене больше нет.
Когда мы проектируем квантовый эксперимент, мы должны выбрать, изучать волновую природу или частичную — но не можем сделать и то, и другое. Это действительно странно. Но до сих пор это стандартная квантовая странность.
Уилер поднял ставку. Он задал вопрос: что произойдет, если вы введете задержку? Что если вставить детектор на щелях после того, как фотон уже прошел?
Уилер предложил полезную аналогию. Представьте себе далекий источник света, например, квазар, который посылает свет, путешествующий миллиард лет. Часть этого света направляется прямо к нам, в то время как другие лучи следуют изогнутым путем через гравитационную линзу, например, массивный кластер. Оба луча достигают Земли одновременно, и мы можем провести эксперимент, чтобы интерферировать с этими лучами. В этом эксперименте мы можем выбрать, исследовать ли волновую природу или частичную природу света.
Уилер предположил ответ. Он оказался прав, и его выводы были подтверждены экспериментами. Даже когда мы делаем выбор с задержкой, фотоны каким-то образом ведут учет этого и изменяют, будут ли они создавать интерференционный рисунок.
Как это работает? Мы делаем выбор на последнем этапе путешествия света. Как фотоны «знали», какой выбор мы сделаем заранее? Это выглядит так, будто наш выбор в будущем возвращается в прошлое и изменяет, как фотоны себя ведут.
Обновленная версия эксперимента, известная как «квантовый стиратель с задержкой», делает это еще более запутанным. В этом эксперименте фотоны проходят через щели. Затем эксперимент решает, будут ли следить за щелями. Спустя время после того, как фотоны попали на экран, экспериментатор решает прочитать информацию. Если экспериментатор считывает информацию о том, через какую щель попал фотон, интерференционного рисунка не будет. Если же эксперимент отказывается от информации, появляется интерференционный рисунок.
Помните, это происходит после того, как фотон уже попал на экран.
Уилер научил нас мыслить об этом. Он утверждал, что неправильно говорить о фотонах «в полете». У нас есть лишь измерения и наблюдения — конечные результаты наших экспериментов. Порядок событий и то, что происходило во время самого эксперимента, не имеет значения. Фотоны действительно не «в полете» так, как мы это себе представляем, и двойственность волны и частицы фотонов не имеет смысла в том виде, в котором мы обычно об этом думаем.
Что бы мы ни получали — частицы или волны — мы получаем именно это. И только когда мы делаем это измерение, природа раскрывает, какой аспект реальности показать нам.
Каковы последствия этих открытий для нашего понимания реальности? Возможно, это лишь начало путешествия в мир квантовой физики, который продолжает удивлять и оспаривать все, что мы знаем о времени и пространстве.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий