Взгляд со стороны. Естествознание и религия
Шрифт:
В 2004 году в Венском университете группа учёных под руководством Антона Цайлингера провела прекрасный двухщелевой опыт по рассеянию фуллерена C70 (одной из аллотропных форм углерода, молекула которого состоит из 70 атомов) на дифракционной решётке. Экспериментаторы контролируемо нагревали аргоновым лазером молекулы и таким образом изменяли их внутреннюю температуру (среднюю энергию колебаний атомов углерода внутри молекул).
Любое нагретое тело испускает тепловые фотоны, спектр которых отражает среднюю энергию переходов между возможными состояниями системы. По нескольким таким фотонам с точностью до длины волны испускаемого кванта можно определить траекторию молекулы. Чем выше температура, тем меньше длина волны кванта, и тем точнее можно определить положение молекулы
Эксперимент показал, что в отсутствии лазерного нагрева наблюдается интерференционная картина, аналогичная картине, полученной в двухщелевом опыте с электронами. Лазерный нагрев приводил сначала к ослаблению интерференционного контраста, а затем, по мере роста мощности нагрева, к полному исчезновению эффектов интерференции.
Было установлено, что при температурах T<1000°K молекулы ведут себя как квантовые частицы, а при T>3000°K, – как классические тела.
Никаких детекторов в районе проведения эксперимента установлено не было. Роль детектора, выделяющего компоненты суперпозиции, выполняла окружающая среда. В ней при взаимодействии с тепловыми фотонами записывалась информация о траектории и состоянии молекулы фуллерена.
Учёные выяснили, что совершенно не важно, через что идёт обмен информацией: через специально поставленный детектор, окружающую среду или человека. Для разрушения когерентности состояний и исчезновения интерференционной картины имеет значение только принципиальное наличие информации, через какую из щелей прошла частица, а кто её получит – неважно. Фиксация или «проявление» суперпозиционных состояний вызывается обменом информацией между подсистемой (в данном случае частицей фуллерена) и окружением.
Выполненные в рамках теории декогеренции расчёты полностью согласуются с экспериментальными данными.
Эксперимент подтвердил выводы теории декогеренции о том, что в основе наблюдаемой реальности лежит нелокализованная и «невидимая» квантовая реальность, которая становится локализованной и «видимой» в ходе происходящего при взаимодействии обмена информацией и сопутствующей этому процессу фиксацией состояний [49] .
Анализируя опыт Цайлингера, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики Псковского государственного университета (ПсковГУ) А. Н. Верхозин приходит к аналогичным выводам: «Опыт свидетельствует о том, что когерентная квантовая суперпозиция разрушается не из-за неконтролируемого возмущающего воздействия макроскопического прибора на микрообъект, как утверждается многими авторами, а благодаря информационному обмену между подсистемами – в опыте Цайлингера между молекулой фуллерена и окружающей средой. <…> Роль наблюдателя сводится к осознанию результатов опыта. Наблюдатель выступает как свидетель информационного обмена».
49
Заречный М. Основы квантовой механики на примере двухщелевого эксперимента. – В кн.: Квантово-мистическая картина мира. Структура реальности и путь человека. – М.: ИГ «Весь», 2007. https://webhamster.ru/mytetrashare/index/mtb0/14968252794xd2ivpdem.
В своей статье Верхозин также отмечает, что для фотонов опыт, аналогичный опыту Цайлингера, можно провести на самом простом и дешёвом оборудовании. В отличие от фуллерена, фотон не надо «подсвечивать». Достаточно пропустить луч лазера через дифракционную решётку. Регулируя ширину щели и (или) частоту лазера, можно ожидать, как в опыте Цайлингера, исчезновение и появление дифракционной картины. Но при любом соотношении длины волны лазера и периода дифракционной решётки (расстояния, через которые повторяются непрозрачные участки решётки) ничего подобного не наблюдается. Фотон – квантовая частица, и поток фотонов нельзя рассматривать как поток классических частиц, о чём многие забывают [50] . Объясняя опыт Цайлингера, профессор Верхозин акцентирует внимание на том, что квантовые объекты, взаимодействуя с окружающей средой, обмениваются информацией.
50
Верхозин
Среди учёных доминирует мнение, что обмен информацией (исключая искусственные информационные системы) происходит только среди живых организмов, у которых за обработку информации отвечает мозг. При отсутствии мозга его роль выполняет нервная система, функциональными элементами которой являются нейроны.
В 2000 году исследователь Тосиюки Накагаки и его коллеги из Университета Хоккайдо экспериментально показали, что одноклеточный слизевик вида Physarum polycephalum, не имеющий мозга и даже отдельных нервных клеток, может находить кратчайший выход из лабиринта [51] .
51
Nakagaki T., Yamada H., T'oth 'A. Maze-solving by an amoeboid organism. – Nature, 2000. https://www.nature.com/articles/35035159.
В 2010 году международная группа исследователей из университетов Хоккайдо, Оксфорда и Хиросимы, в которую также входил Тосиюки Накагаки, на подложке из агара разложили кусочки овсяных хлопьев (лакомство для слизевика) так, чтобы те отображали точную карту городов, лежащих вокруг японской столицы. Слизевика поместили в центр, там, где расположено Токио. Примерно через сутки плесень добралась до всех лакомств, сформировав между ними разветвлённую сеть путей, поразительно напоминающую реальную схему железных дорог Токио [52] .
52
Tero A., Takagi S. et al. Rules for biologically inspired adaptive network design. – Science, 2010. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1177894.
Двумя годами раньше учёные из компании Hewlett-Packard во главе со Стенли Уильямсом создали в лаборатории мемристор – элемент, обладающий памятью. Мемристор изменяет электрическое сопротивление в зависимости от протёкшего через него электрического заряда. Проводящие свойства мемристора изменяются за счёт химических превращений в двухслойной плёнке диоксида титана толщиной пять нанометров. Устройство ведёт себя совсем не так, как обычный резистор; не поддерживает магнитный поток подобно катушке индуктивности; не накапливает электрический заряд подобно конденсатору. Мемристор как бы запоминает прошедший через него заряд, и этим чем-то напоминают нейрон.
Исследователи выяснили, что свойствами мемристоров обладают и слизевики: их отростки, тянущиеся к пище, меняют электрическое сопротивление под действием электрического тока [53] .
Мысленный эксперимент в квантовой механике, который смог бы решить, «чувствует» ли свет экспериментальный прибор придумал в 1978 году Джон Уиллер. В 2015 году группа физиков из Австралийского национального университета в Канберре во главе с профессором Эндрю Траскоттом реализовала воображаемый Уиллером эксперимент с отложенным выбором, заменив фотоны сверххолодными метастабильными атомами гелия.
53
Gale E., Adamatzky A., De Lacy Costello B. Slime Mould Memristors, 2014. https://www.researchgate.net/publication/237843115_Slime_Mould_Memristors.
Атомы были переведены в состояние «конденсата Бозе – Эйнштейна». Конденсатом Бозе – Эйнштейна называют агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температуры, близкой к абсолютному нулю. В этом состоянии большинство атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях, что позволяет наблюдать квантовые эффекты на макроскопическом уровне. Затем все атомы, кроме одного, были удалены. Оставшийся атом пропустили между двумя лазерными лучами, которые сформировали решётку.