Тиждень.ua
Новини Політика Економіка Світ Суспільство Культура Історія Подорожі Авто Спецтеми Війна Колонки Архів журнал «Український тиждень» Передплата Пошук Галерея Інфографіка Відео Прес-релізи Приватна урбаністика
27 серпня, 2017   ▪   Олег Фея   ▪   Версія для друку

Експеримент Вілера

Нещодавно в ЗМІ пройшла хвиля статей із таким загальним змістом: «австралійські вчені підтвердили, що реальності не існує, а майбутнє впливає на минуле».
Матеріал друкованого видання
№ 33 (509)
від 17 серпня
Експеримент Вілера

Стосувалися вони результатів експерименту з квантової фізики, які ще 2015 року в журналі Nature Physics опублікувало четверо співробітників Австралійського національного університету. Експеримент із атомом гелію показав, що до вимірювання властивостей квантового об’єкта неможливо сказати, поведеться він як хвиля чи як частинка. Реальності не існує, доки не з’явиться споглядач. Але чи так це?

До XX століття фізики запекло сперечалися, що ж таке світло. Ісаак Ньютон не сумнівався, що світло — потік маленьких частинок, корпускул. Дослід Юнґа, проведений у 1803 році, показав, що світло — це все ж таки хвиля. Насправді в певних явищах (як-от фотоефект — вибивання світлом електронів із металів) світло поводиться як потік частинок, а в інших (проходження світла крізь дві щілини) — як хвиля. Пізніше явище об’єднали під назвою «корпускулярно-хвильовий дуалізм».

Британець Томас Юнґ направляв світло на екран із двома маленькими, не товстішими від волосинки щілинами. Кожна така щілина ставала новим випромінювачем світла, яке сходилося на віддаленому екрані картиною з білих і темних смуг. Якби світло складалося з частинок, ми побачили б тільки дві світлі смуги навпроти щілин. Юнґ назвав явище інтерференцією світла. Протягом дня ми нерідко спостерігаємо інтерференцію — як різнокольорові плями в калюжі, куди вилито бензин, як колір метелика або ж строкатої пташки. 

Дослід Юнґа повторили вже після відкриття законів квантової механіки з поодинокими фотонами та електронами. За твердженням Луї де Бройля, кожна частинка у Все­світі може показувати і хвильові властивості, якщо взаємодіє з об’єктами, співрозмірними її довжині хвилі. Наприклад, довжина хвилі людини згідно з формулою де Бройля набагато менша за розміри атомів, тому люди ніколи не поводяться як хвилі. А от електрон поводиться. Його й спрямовували через екран із двома маленькими щілинами, що в діаметрі були не більшими за довжину хвилі електрона. А далі починалося незвичне. Якщо експериментатор проводив замір одразу, електрон пролітав крізь щілину частинкою і його шлях можна було відстежити. Якщо ж замір відбувався після проходження щілин, вчені бачили вже знайому інтерференційну картину. Зазвичай це трактують як проходження електрона або ж фотона крізь дві щілини одночасно. Залежність шляху частинки від наявності вимірів назвали «парадокс споглядача».

Читайте також: Як із фундаментальних досліджень виростає наше сьогодення

Слово «споглядач» не найвлучніше. Воно означає наявність експериментальних вимірів і може збивати з пантелику, що призводить до появи безлічі псевдонаукових теорій на кшталт «ми своєю свідомістю впливаємо на електрони». Ервін Шредінґер проілюстрував парадокс відомим уявним експериментом із кішкою. Кішка сидить у закритій коробці, у якій стоїть скляночка з отрутою. До скляночки під’єднано механізм із радіоактивною речовиною. Якщо атом речовини розпадеться, скляночка розіб’ється і кішка помре. Парадокс у тому, що розпад атомів неможливо передбачити, він відбувається випадково з певною імовірністю. Жива чи мертва кішка, ми дізнаємося, лише коли зазирнемо в коробку. До того для нас вона ніби мертва й жива одночасно. Шредінґер, хоч і легендарна для квантової фізики постать, скептично ставився до всього цього неподобства зі споглядачем, абсурдність чого й проілюстрував експериментом із кішкою.

Та в який момент частинка «приймає рішення» про те, як поводитися? Це відбувається в момент проходження крізь щілини? Чи коли вона детектується? У 1978 році Джон Арчибальд Вілер спробував це з’ясувати, запропонувавши експеримент із відкладеним вибором, який реалізували в 2006-му, а потім у 2015-му складнішу версію. Експериментатори направляли поодинокий фотон на напівпрозоре дзеркало, що мало розщепити його на два промені й спрямувати їх двома шляхами завдовжки 48 м кожен. Це аналогічно проходженню фотона крізь дві щілини. У кінці шляхів дослідники могли ставити, а могли не ставити ще одне таке саме дзеркало. Коли ставили, то промені сходилися й давали інтерференційну картинку — фотон поводився як хвиля. Коли прибирали, то тільки один із двох детекторів приймав фотон, тобто він від самого початку був частинкою і йшов лише одним зі шляхів. Найцікавіше те, що рішення прибрати чи залишити друге дзеркало ухвалювали вже після того, як фотон пройшов крізь перше, коли вже «обрав» одну з можливих ліній поведінки. Та саме це рішення виявлялося визначальним у його поведінці (див. малюнок).  

Читайте також: «Наукові» смітники

 Фотон — це безмасовий квант світла. Чи поводитимуться масивні об’єкти так само? Так, поводитимуться. Що й показали Ендрю Маннінґ, Роман Хакімов (до речі, випуск­ник КНУ), Ендрю Траскотт і Роберт Далль у статті, про яку йшлося на початку цього матеріалу. Вони модифікували схему експерименту для роботи з атомами гелію, які продукувало надхолодне джерело з температурою, близькою до абсолютного нуля. У їхній схемі ролі матерії та світла змінилися. Тепер замість кванта світла рухався атом, а от замість дзеркал використовували лазерні ґратки. Результат той самий, що й із фотоном: атом обирав, бути частинкою чи хвилею, лише в момент вимірів. Фотон рухається зі швидкістю світла, а от атом гелію в експерименті дуже повільний. При цьому він також ніби «дізнавався наперед», чи буде в кінці його шляху лазерна ґратка. Ці дані визначальні, адже показують правильність принципу доповнюваності Бора для масивних частинок. За твердженням Нільса Бора, говорити про якийсь об’єкт як про хвилю або ж як про частинку є сенс лише після проведення вимірів. До цього моменту реальність невизначена.

Для сенсації у ЗМІ теза «експеримент підтвердив принцип доповнюваності Бора» не годиться. А ось «фотони отримують інформацію з майбутнього» звучить цілком сенсаційно. Та, на жаль, неправильно. Самі автори у своїй статті застерігають від такого погляду на експеримент. 

 




Матеріали за темою:

Реклама
Останні публікації згорнути
  • На балконі нашого офісу Вася смачно затягується цигаркою, яку підкурює від іншої цигарки, і продовжує свій монолог у мій бік, але вже й не дивиться на мене: — Так, а ще мені треба, щоб ти начитав для радіо українські класні прислів’я, ще картинка, ще... — я вже й не слухаю. Усі його слова далі звучать як «бла-бла-бла», а в моїй голові народжується діалог для опонування.
    18 листопада, Тарас Білка
  • Івона Костина, заступниця керівника громадської організації «Побратими», яка займається психосоціальною адаптацією ветеранів, була координатором команди Іnvictus Games в Україні. У вересні в рамках цих ігор в Канаді вона відвідала дві тематичні конференції й поділилася отриманим досвідом.
    17 листопада, Ганна Чабарай
  • Кажуть, якщо довго й наполегливо про щось мріяти, мрія обов’язково здійсниться. Можливо, українські політики в це не вірять, але після Революції гідності вони справляли враження безнадійних, але наполегливих мрійників, бо використовували чи не кожну можливість, щоб публічно заявити про необхідність «плану Маршалла» для України.
    17 листопада, Любомир Шавалюк
  • Велика чистка в Саудівській Аравії: Мугаммад ібн Салман посуває конкурентів на владу
    17 листопада, The Economist
  • Запекла боротьба точиться навколо Укрзалізниці з моменту перетворення її на ПАТ у жовтні 2015-го. За цей час там п’ять разів міняли керівників, вона виводилася з підпорядкування Мінінфраструктури й повернулася назад. Усе це відбувається на тлі корупційних скандалів, реформаторських невдач і зростання збитковості. Проблеми УЗ виходять далеко за межі владних кабінетів і корпоративної бухгалтерії, оскільки вона забезпечує 50% усіх пасажирських і понад 80% вантажних перевезень країни. І якщо найближчим часом там не почнуться ґрунтовні реформи, вона може стати серйозною перешкодою для розвитку країни.
    17 листопада, Максим Віхров
  • Тривала епопея з призначенням очільника Державного бюро розслідувань добігає свого кінця. Конкурсна комісія, яка понад рік проводила відбір кандидатів на посади голови Держбюро і його заступників, нарешті визначилася із прізвищами.
    17 листопада, Станіслав Козлюк
Новини партнерів 24tv.ua
Новини партнерів
Зворотний зв'язок
Тиждень дуже цінує думки своїх читачів і намагається враховувати їхню думку. Відгуки, коментарі і просто враження від прочитаного матеріалу ви можете надіслати за допомогою системи зворотнього зв 'язку. Редакція сайту обіцяє уважно вивчати ваші повідомлення — найцікавіші з них ми публікуватимемо у спеціальних статтях. Дякуємо за увагу та співпрацю.
 
©2007-2017 Тиждень.ua
Передрук або будь-яке інше комерційне використання сайту можливе лише з дозволу редакції.
RSS

Матеріали, позначені як "Новини компаній" розміщуються на правах реклами. Передрук, копіювання або відтворення інформації, яка містить посилання на агентство "Українські Новини", в будь-якому вигляді суворо заборонено.