Әйгілі физик Роберт Бойд басқарған экспериментаторлар тобы (атап айтқанда, бөлме температурасында «жарықтың баяулауын» бірінші болып жүзеге асырды) деп аталатын үлесті көрсететін схеманы ойлап тауып, жүзеге асырды. үш жарықшақтағы фотондардың интерференциясы арқылы алынған суретке «классикалық емес» траекториялар.

Екі саңылаулы интерференция – жарықтың толқындық қасиеттерін көрсететін классикалық тәжірибе. Ол алғаш рет жылы жүзеге асырылды басы XIXғасырда Томас Янг жасаған және жарықтың сол кездегі басым корпускулалық теориясын қабылдамаудың негізгі себептерінің бірі болды.

Алайда 20 ғасырдың басында жарық әлі де фотондар деп аталатын бөлшектерден тұратыны анықталды, бірақ бұл бөлшектердің де толқындық қасиеттері бар. Толқындық-бөлшектік дуализм концепциясы пайда болды, ол материяның бөлшектеріне де тарады. Атап айтқанда, толқындық қасиеттердің болуы электрондарда, кейінірек атомдар мен молекулаларда табылды.

Нәтижесінде пайда болған физиканың жаңа саласы – кванттық механикада – қос саңылау экспериментінде интерферометриялық заңдылықтың пайда болуы орталық рөлдердің бірін атқарады. Осылайша, Ричард Фейнман өзінің Фейнманның физика бойынша лекцияларында бұл «классикалық жолмен түсіндіру мүмкін емес, абсолютті, мүлдем мүмкін емес құбылыс» деп жазады. Бұл құбылыс кванттық механиканың мәні болып табылады.

Қос саңылау эксперименті кванттық физиканың орталық ұғымдарының бірін, кванттық суперпозицияны көрсетеді. Кванттық суперпозиция принципі егер белгілі бір кванттық объект (мысалы, фотон немесе электрон) белгілі бір күйде 1 және белгілі бір күйде 2 болса, онда ол белгілі бір мағынада жартылай болатын күйде де болуы мүмкін екенін айтады. 1 күйде де, 2 күйде де, бұл күй 1 және 2 күйлердің суперпозициясы деп аталады. Саңылаулар жағдайында бөлшек бір саңылаудан немесе мүмкін екіншісінен өтуі мүмкін, бірақ екі саңылау да ашық болса, онда бөлшек өтеді екеуінен де өтеді және «1-ші ойықтан өткен бөлшек» және «2-саңылаудан өткен бөлшек» суперпозиция күйінде болады.

Сонымен қатар, классикалық емес траекторияларды есепке алу қазіргі іргелі физиканың басқа бағыты үшін маңызды. Ғалымдардың алдында тұрған шешілмеген негізгі мәселелердің бірі – кванттық теорияны гравитация теориясымен біріктіру. Бұл жолда түбегейлі қиындықтар бар, оларды көпшілігінің пікірінше, осы теориялардың біреуін немесе екеуін де бірден өзгерту арқылы ғана жеңуге болады. Сондықтан қазір шындық пен осы теориялардың болжамдары арасындағы мүмкін сәйкессіздіктерді іздеу жүріп жатыр. Бағыттардың бірі – кванттық суперпозиция принципінен ауытқуларды іздеу. Мәселен, мысалы, 2010 жылы олар үш саңылау экспериментінде мұндай ауытқуларды табуға тырысқан зерттеу жарияланды. Ешқандай қайшылықтар табылмады, бірақ бұл мақала жоғарыда аталған 2012 жылғы қағазды тудырды. Оның қорытындыларының бірі дәл 2010 жылғы эксперимент кванттық суперпозиция принципін дұрыс түсінбеуді пайдаланды және бұл өлшеулердегі есептелмеген қателердің үлесін енгізді. Бұл қатенің шамасы аз болғанымен, ғалымдар іздейтін әсер де аз болуы мүмкін, сондықтан мұндай іздеулерде классикалық емес траекториялардың үлесі әлі де ескерілуі керек.

Мақала жоба үшін жазылған

басып шығару

Кванттық бөлшектердің мінез-құлқын зерттеуде австралиялық ғалымдар ұлттық университетікванттық бөлшектердің өзін соншалықты оғаш ұстай алатынын растады, олар себептілік принципін бұзатын сияқты.

Бұл қағида аз адамдар дауласатын негізгі заңдардың бірі болып табылады. Көп болса да физикалық шамаларжәне егер біз уақытты кері айналдырсақ (Т-жұп болса) құбылыстар өзгермейді, эмпирикалық түрде бекітілген іргелі принцип бар: А оқиғасы В оқиғасы кейінірек болған жағдайда ғана В оқиғасына әсер етуі мүмкін. Классикалық физика тұрғысынан - кейінірек, SRT тұрғысынан - кейінірек кез келген санақ жүйесінде, яғни А нүктесінде төбесі бар жарық конусында болады.

Әзірге «өлген атаның парадоксымен» тек фантаст-жазушылар ғана күресуде (мен атамның бұған мүлдем қатысы жоқ, бірақ онымен әжем айналысатын болған оқиға есімде). Физикада өткенге саяхаттау әдетте жарық жылдамдығынан жылдамырақ саяхаттаумен байланысты және осы уақытқа дейін бәрі тыныш болды.

Бір сәттен басқа – кванттық физика. Онда көптеген оғаш заттар бар. Мұнда, мысалы, екі саңылауы бар классикалық эксперимент. Бөлшек көзінің жолына саңылауы бар кедергіні (мысалы, фотондар) қойып, оның артына экран қойсақ, онда экранда жолақты көреміз. Логикалық. Бірақ егер біз кедергіде екі ұяшық жасасақ, онда экранда біз екі жолақты емес, интерференция үлгісін көреміз. Саңылаулардан өткен бөлшектер толқын тәрізді әрекет етіп, бір-біріне кедергі жасай бастайды.

Бөлшектердің бір-бірімен соқтығысуы және сондықтан біздің экранда екі түрлі жолақ салмауы мүмкіндігін жою үшін біз оларды бір-бірден босатуға болады. Дегенмен, біраз уақыттан кейін экранда интерференция үлгісі сызылады. Бөлшектер өздеріне сиқырлы түрде кедергі жасайды! Бұл әлдеқайда аз логикалық. Бөлшек бірден екі саңылаудан өтеді екен – әйтпесе ол қалай кедергі жасай алады?

Содан кейін - одан да қызықты. Егер біз бөлшектің қандай саңылаудан өтетінін түсінуге тырыссақ, онда бұл фактіні анықтауға тырысқанда, бөлшектер бірден бөлшектер сияқты әрекет ете бастайды және өздеріне кедергі жасауды тоқтатады. Яғни, бөлшектер саңылаулардың жанында детектордың болуын іс жүзінде «сезеді». Сонымен қатар, интерференция тек фотондармен немесе электрондармен ғана емес, тіпті кванттық стандарттар бойынша айтарлықтай үлкен бөлшектермен де алынады. Детектордың кіретін бөлшектерді қандай да бір түрде «бұзу» мүмкіндігін жоққа шығару үшін өте күрделі эксперименттер жүргізілді.

Мысалы, 2004 жылы фуллерендер шоғырымен тәжірибе жүргізілді (құрамында 70 көміртегі атомы бар С 70 молекуласы). Сәуле көптеген тар саңылаулардан тұратын дифракциялық торға шашыранды. Бұл ретте экспериментаторлар лазер сәулесінің көмегімен сәуледе ұшатын молекулаларды басқарылатын қыздыра алды, бұл олардың ішкі температурасын (осы молекулалар ішіндегі көміртегі атомдарының тербелістерінің орташа энергиясы) өзгертуге мүмкіндік берді.

Кез келген қыздырылған дене жылулық фотондарды шығарады, олардың спектрі жүйенің мүмкін күйлері арасындағы ауысулардың орташа энергиясын көрсетеді. Осындай бірнеше фотондарға сүйене отырып, негізінен, оларды шығарған молекуланың траекториясын, шығарылатын кванттың толқын ұзындығына дейінгі дәлдікпен анықтауға болады. Температура неғұрлым жоғары болса, соған сәйкес кванттық толқын ұзындығы соғұрлым қысқа болса, біз молекуланың кеңістіктегі орнын соғұрлым дәлірек анықтай аламыз және белгілі бір сыни температурада шашыраудың қай нақты саңылауда болғанын анықтау үшін дәлдік жеткілікті болады. .

Тиісінше, егер біреу қондырғыны тамаша фотонды детекторлармен қоршап алса, онда ол, негізінен, фуллереннің дифракциялық тордың қай саңылауларында шашырағанын анықтай алады. Басқаша айтқанда, молекуланың жарық кванттарын шығаруы экспериментаторға транзиттік детектор берген суперпозиция компоненттерін бөлуге арналған ақпаратты береді. Алайда қондырғының айналасында детекторлар болмаған.

Тәжірибеде лазерлік қыздыру болмаған жағдайда электрондармен тәжірибеде екі саңылаудан алынған үлгіге толығымен ұқсас интерференциялық заңдылық байқалатыны анықталды. Лазерлік қыздыруды қосу алдымен интерференциялық контрасттың әлсіреуіне, содан кейін қыздыру қуаты артқан сайын кедергі әсерлерінің толық жойылуына әкеледі. температурада Т< 1000K молекулы ведут себя как квантовые частицы, а при T >3000K, фуллерендердің траекториялары қоршаған ортамен классикалық денелер сияқты талап етілетін дәлдікпен «бекітілген» кезде.

Осылайша, қоршаған орта суперпозиция компоненттерін оқшаулауға қабілетті детектор рөлін атқара алатын болды. Онда жылу фотондарымен бір немесе басқа түрде әрекеттесу кезінде фуллерен молекуласының траекториясы мен күйі туралы ақпарат жазылған. Қандай ақпарат алмасуы маңызды емес: арнайы орнатылған детектор арқылы, қоршаған ортанемесе адам.

Күйлердің когеренттігінің бұзылуы және интерференция үлгісінің жойылуы үшін бөлшектің қай саңылаулардан өткені және оны кім қабылдайтыны және оны қабылдайтындығы маңызды емес ақпараттың негізгі болуы ғана маңызды емес. . Мұндай ақпаратты алудың түбегейлі мүмкін болуы ғана маңызды.

Бұл кванттық механиканың ең оғаш көрінісі деп ойлайсыз ба? Қалай болса да. Физик Джон Уилер 1970 жылдардың аяғында «кешіктірілген таңдау эксперименті» деп аталатын ойлау тәжірибесін ұсынды. Оның пікірі қарапайым және қисынды болды.

Айталық, фотон саңылауларға жақындамас бұрын оны анықтауға тырысатынын немесе анықталмайтынын біледі делік. Ақыр соңында, ол қандай да бір шешім қабылдауы керек - өзін толқын сияқты ұстау және бірден екі саңылаудан өту (экрандағы интерференция үлгісіне одан әрі сәйкес болу үшін) немесе бөлшек болып көріну және екінің біреуін ғана өту саңылаулар. Бірақ ол сызаттардан өтпес бұрын мұны істеу керек, солай ма? Осыдан кейін тым кеш - не кішкентай доп сияқты ұшыңыз, немесе толығымен араласыңыз.

Ендеше, Уилер, экранды жарықтардан алыстайық. Сондай-ақ экранның артына біз екі телескопты қоямыз, олардың әрқайсысы саңылаулардың біріне бағытталған және олардың біреуі арқылы фотонның өтуіне ғана жауап береді. Фотон олардан қалай өтуге шешім қабылдаса да, саңылаулардан өткеннен кейін біз экранды ерікті түрде алып тастаймыз.

Егер біз экранды алып тастамасақ, онда теориялық тұрғыдан алғанда, онда әрқашан кедергі үлгісі болуы керек. Ал егер оны алып тастасақ, не фотон телескоптардың біріне бөлшек түрінде енеді (ол бір саңылаудан өтті), немесе екі телескоп та әлсіз жарқылды көреді (екі саңылаудан да өтті және олардың әрқайсысы өз бөлігін көрді). кедергі үлгісі).

2006 жылы физикадағы жетістіктер ғалымдарға фотонмен осындай тәжірибені іс жүзінде орындауға мүмкіндік берді. Анықталғандай, егер экран жойылмаса, онда интерференция үлгісі әрқашан көрінеді, ал егер ол жойылса, фотонның қай саңылаудан өткенін әрқашан бақылауға болады. Бізге таныс логика тұрғысынан дауласып, біз көңіл көншітетін қорытындыға келеміз. Экранды алып тастау немесе алмау туралы шешім қабылдау әрекетіміз фотонның әрекетіне әсер етті, бұл әрекет болашақта фотонның саңылаулардан өту туралы «шешіміне» қатысты. Яғни, не болашақ өткенге әсер етеді, немесе саңылаулармен экспериментте болып жатқан нәрсені түсіндіруде түбегейлі қателік бар.

Австралиялық ғалымдар бұл тәжірибені қайталады, тек фотонның орнына гелий атомын қолданды. Бұл тәжірибенің маңызды айырмашылығы - атомның фотонға қарағанда тыныштық массасы, сонымен қатар әртүрлі ішкі еркіндік дәрежесі бар. Тек слоттары мен экраны бар кедергінің орнына олар лазер сәулелерінің көмегімен жасалған торларды пайдаланды. Бұл оларға бөлшектің әрекеті туралы ақпаратты дереу алуға мүмкіндік берді.

Күткендей (бірақ кванттық физикаештеңе күтуге болмайды), атом фотон сияқты әрекет етті. Атом жолында «экранның» болуы немесе болмайтыны туралы шешім кванттық кездейсоқ сандар генераторының жұмысы негізінде қабылданды. Генератор атомнан релятивистік стандарттармен бөлінген, яғни олардың арасында өзара әрекеттесу болуы мүмкін емес еді.

Массасы мен заряды бар жеке атомдар жеке фотондар сияқты әрекет етеді екен. Бұл кванттық өрістегі ең серпінді тәжірибе болмаса да, бұл кванттық әлем біз елестете алатындай емес екенін растайды.

Интерференция немесе қос саңылау эксперименті, Фейнманның айтуынша, «кванттық механиканың жүрегін қамтиды» және кванттық суперпозиция принципінің квинтэссенциясы болып табылады. Интерференция принципін сызықтық толқындық оптиканың негізгі принципі ретінде алғаш рет 1801 жылы Томас Янг нақты тұжырымдаған. Ол 1803 жылы «интерференция» терминін алғаш рет енгізді. Ғалым өзі ашқан принципті (біздің заманымызда «Юнгтың қос саңылау эксперименті» деген атпен белгілі болған эксперимент, http://elkin52.narod.ru/biograf/jng6.htm) анық түсіндіреді: «Эффектілерін алу үшін жарықтың екі бөлігінің суперпозициясы үшін олар бір көзден келіп, бір нүктеге әртүрлі жолдармен, бірақ бір-біріне жақын бағытта келуі қажет. Дифракция, шағылысу, сыну немесе осы әсерлердің комбинациясы қолданылуы мүмкін. сәуленің бір немесе екі бөлігін де бұру, бірақ ең оңай жолы - егер сәуле біртекті жарық [бірінші саңылаудан] (бір түсті немесе толқын ұзындығы) екі өте кішкентай тесік немесе саңылаулар жасалған экранға түссе. дифракция арқылы жарық барлық бағытта шашырайтын дивергенция орталықтары ретінде қарастырылады. Заманауи тәжірибелік қондырғы фотон көзінен, екі тесігі бар диафрагмадан және интерференция үлгісі байқалатын экраннан тұрады.

Суреттегідей интерференция құбылысын зерттеу үшін оның жанында көрсетілген эксперименттік қондырғыны пайдалану заңды. Сипаттау үшін импульстің егжей-тегжейлі тепе-теңдігін білу қажет құбылыстарды зерттеу кезінде бүкіл құрылғының кейбір бөліктері еркін (бір-біріне тәуелсіз) қозғала алады деп болжауға болатыны анық. Кітаптан алынған сурет: Нильс Бор, «Таңдалған ғылыми жұмыстар мен мақалалар», 1925 - 1961б 415 б.

Тосқауылдың артындағы экрандағы саңылауларды өткізгеннен кейін, ашық және күңгірт жолақтардың ауысуынан кедергі үлгісі пайда болады:

1-сурет Интерференциялық жиектер

Фотондар экранға бөлек нүктелерде түседі, бірақ экранда интерференциялық жиектердің болуы фотондар соқпайтын нүктелердің бар екенін көрсетеді. p осы нүктелердің бірі болсын. Соған қарамастан, егер саңылаулардың бірі жабылған болса, фотон p-ке кіре алады. Баламалы мүмкіндіктер кейде жойылуы мүмкін мұндай деструктивті кедергі кванттық механиканың ең жұмбақ қасиеттерінің бірі болып табылады. Қос саңылау экспериментінің қызықты қасиеті интерференция үлгісін бір бөлшекпен «жинақтауы» мүмкін, яғни көздің қарқындылығын соншалықты төмен орнату арқылы әрбір бөлшек орнатуда «ұшуда» болады және тек кедергі жасай алады. өзімен бірге. Бұл жағдайда бөлшек «шынымен» екі саңылаудың қайсысынан өтеді деген сұрақты өзімізден сұраймыз. Екі түрлі бөлшектердің интерференция үлгісін жасамайтынын ескеріңіз. Интерференция құбылысын түсіндірудің жұмбақтығы, сәйкессіздігі, абсурдтығы неде? Олар ерекше салыстырмалылық, кванттық телепортация, шиеленіскен кванттық бөлшектердің парадоксы және т.б. сияқты көптеген басқа теориялар мен құбылыстардың парадоксынан таңқаларлық ерекшеленеді. Бір қарағанда, интерференцияның түсіндірмесі қарапайым және түсінікті. Екі класқа бөлуге болатын бұл түсініктемелерді қарастырайық: толқындық көзқараспен түсіндірулер және корпускулалық (кванттық) көзқараспен түсіндіру. Талдауды бастамас бұрын, біз интерференция құбылысының парадоксальдылығы, сәйкессіздігі және абсурдтылығы деп осы кванттық механикалық құбылысты сипаттаудың формальды логикамен және парасаттылық. Біз осы жерде қолданатын осы ұғымдардың мағынасы осы мақалада көрсетілген.

Толқындық тұрғыдан интерференция

Ең кең таралған және мінсіз - толқындық тұрғыдан екі саңылау экспериментінің нәтижелерін түсіндіру:
«Егер толқындар жүріп өткен жолдар арасындағы айырмашылық жарты болса тақ сантолқын ұзындықтары болса, онда бір толқын тудырған тербелістер екінші толқынның тербелісі ойысқа жеткен сәтте шыңға жетеді, демек, бір толқын екіншісінің тудырған толқуын азайтады, тіпті оны толығымен өшіре алады. Бұл 2-суретте көрсетілген, онда А көзінен келетін толқындар экрандағы ВС сызығына тек Н1 немесе Н2 екі саңылауларының біреуінен өту арқылы жетуі мүмкін екі саңылау экспериментінің диаграммасы көрсетілген. көз және экран. ВС түзуіндегі Х нүктесінде жол ұзындығының айырмашылығы AH1X - AH2X; егер ол толқын ұзындығының бүтін санына тең болса, Х нүктесіндегі бұзылу үлкен болады; егер ол толқын ұзындығының тақ санының жартысына тең болса, X нүктесіндегі бұзылу аз болады. Суретте толқын қарқындылығының осы нүктелердегі тербеліс амплитудаларымен байланысты BC сызығындағы нүктенің орнына тәуелділігі көрсетілген.

2-сурет. Толқындық тұрғыдан интерференциялық үлгі

Интерференция құбылысын толқындық тұрғыдан сипаттау ешбір жағдайда логикаға да, жалпы мағынаға да қайшы келмейтін сияқты. Дегенмен, фотон шын мәнінде кванттық болып саналады бөлшек . Егер ол толқындық қасиеттерді көрсетсе, онда, соған қарамастан, ол өзі - фотон болып қалуы керек. Әйтпесе, құбылысты тек бір толқынды түрде қарастыру арқылы біз фотонды физикалық шындықтың элементі ретінде жоямыз. Осыны ескере отырып, фотонның ... жоқ екені белгілі болды! Фотон жай ғана толқындық қасиеттерді көрсетпейді - бұл жерде бөлшектен ештеңе жоқ толқын. Әйтпесе, толқынның бөліну сәтінде әрбір саңылаулардан жарты бөлшек – фотон, жарты фотон өтетінін мойындауымыз керек. Бірақ содан кейін осы жартылай фотондарды «ұстауға» қабілетті эксперименттер мүмкін болуы керек. Дегенмен, дәл осы жарты фотосуреттерді ешкім тіркей алмаған. Сонымен, интерференция құбылысының толқындық интерпретациясы фотонның бөлшек екендігі туралы идеяны жоққа шығарады. Сондықтан, бұл жағдайда фотонды бөлшек ретінде қарастыру - абсурд, қисынсыз, жалпы түсінікпен үйлеспейді. Логикалық тұрғыдан алғанда, фотон А нүктесінен бөлшек ретінде ұшады деп болжауға болады. Кедергіге жақындағанда ол кенеттен бұрыладытолқынға! Жарықтардан толқындай өтіп, екі ағынға бөлінеді. Әйтпесе, біз бұған сенуіміз керек тұтасбөлшек бір уақытта екі саңылаудан өтеді, өйткені болжауға болады бөлуоны екі бөлшекке (жартысына) бөлуге құқығымыз жоқ. Содан кейін қайтадан екі жарты толқын қосылубүтін бөлшекке айналады. Сонымен бірге жоқжарты толқындардың бірін басу мүмкін емес. Болатын сияқты екіжарты толқындар болды, бірақ олардың біреуін ешкім бұза алмады. Әр жолы тіркеу кезінде осы жарты толқындардың әрқайсысы болып шығады тұтасфотон. Бөлшек әрқашан, ерекшеліксіз, бүтін болып табылады. Яғни, фотонның толқын ретіндегі идеясы жарты толқындардың әрқайсысын фотонның жартысы сияқты «ұстап алу» мүмкіндігін қамтамасыз етуі керек. Бірақ бұл болмайды. Фотонның жартысы әрбір саңылаулардан өтеді, бірақ тек бүкіл фотон тіркеледі. Жартысы бүтінге тең бе? Фотон-бөлшектердің бірден екі жерде бір мезгілде болуын түсіндіру әлдеқайда қисынды және ақылға қонымды болып көрінбейді. Естеріңізге сала кетейік, толқындық процестің математикалық сипаттамасы ешбір ерекшеліксіз екі саңылаудағы интерференция бойынша барлық тәжірибелердің нәтижелеріне толығымен сәйкес келеді.

Корпускулярлық тұрғыдан интерференция

Корпускулярлық тұрғыдан алғанда, күрделі функцияларды пайдалана отырып, фотонның «жартыларының» қозғалысын түсіндіру ыңғайлы. Бұл функциялар кванттық механиканың негізгі түсінігінен – кванттық бөлшектің күй векторынан (мұнда – фотон), оның толқындық функциясынан туындайды, оның басқа атауы – ықтималдық амплитудасы бар. Екі саңылаулы эксперимент жағдайында фотонның экранның белгілі бір нүктесіне (фотографиялық пластина) түсу ықтималдығы күйлердің суперпозициясын құрайтын екі мүмкін фотон траекториясы үшін жалпы толқындық функцияның квадратына тең. « w және z екі күрделі санның w + z қосындысының модулін квадрат еткенде біз әдетте осы сандардың модульдерінің квадраттарының қосындысын ғана алмаймыз; қосымша «түзету мүшесі» бар: |w + z| 2 = |w| 2 + |z |2 + 2|w||z|cos θ, мұндағы θ - Арганд жазықтығындағы координат басынан z және w нүктелеріне бағытталған бағыттар түзетін бұрыш... Ол кванттық механикалық баламалар арасындағы кванттық кедергіні сипаттайтын 2|w||z|cos θ түзету термині». Математикалық тұрғыдан бәрі қисынды және түсінікті: күрделі өрнектерді есептеу ережелеріне сәйкес біз дәл осындай толқынды интерференция қисығын аламыз. Мұнда ешқандай түсіндірулер, түсіндірулер қажет емес - тек күнделікті математикалық есептеулер. Бірақ фотонның (немесе электронның) экранды кездестірмес бұрын қандай жолмен, қандай траекториямен қозғалғанын елестетуге тырыссаңыз, жоғарыдағы сипаттама сізге мынаны көруге мүмкіндік бермейді: «Сондықтан электрондар 1-ші ұяшық арқылы немесе 2-ші ұяшық арқылы өтеді деген мәлімдеме Бұл дұрыс емес.Олар бір уақытта екі саңылаудан да өтеді.Ал мұндай процесті сипаттайтын өте қарапайым математикалық аппарат тәжірибемен толықтай сәйкес келеді». Шынында да, математикалық өрнектер күрделі функцияларқарапайым және көрнекі. Бірақ олар физикалық мағынада не болып жатқаны туралы ештеңе айтпай, процестің тек сыртқы көрінісін, оның нәтижесін ғана сипаттайды. Қарапайым сезім тұрғысынан бір бөлшекті елестету мүмкін емес, тіпті оның нақты нүктелік өлшемдері болмаса да, бірақ соған қарамастан, ажырамас бір көлеммен шектелген болса да, бір мезгілде екі байланысты емес тесіктен өту мүмкін емес. Мысалы, Садбери құбылысты талдай отырып, былай деп жазады: «Интерференциялық үлгінің өзі де жанама түрде зерттелетін бөлшектердің корпускулярлық әрекетін көрсетеді, өйткені шын мәнінде ол үздіксіз емес, теледидар экранындағы кескін сияқты құрылған көптеген нүктелерден тұрады. жеке электрондардың жыпылықтаулары арқылы.Бірақ осы интерференциялық заңдылықты бір немесе басқа саңылау арқылы өткен электрондардың әрқайсысы мүлдем мүмкін емес деген болжам негізінде түсіндіре отырып, «Ол бір бөлшекті бір уақытта екі бөліктен өткізу мүмкін еместігі туралы бірдей қорытындыға келеді. саңылаулар: «бөлшек бір немесе басқа саңылау арқылы өтуі керек», оның көрінетін корпускулалық құрылымын белгілейді. Бөлшек бір уақытта екі саңылаудан өте алмайды, бірақ ол біреуінен де, екіншісінен де өте алмайды. Экрандағы жыпылықтаулардағы нүктелер дәлелдегендей, электронның бөлшек екендігі сөзсіз. Және бұл бөлшек, әрине, ұялардың бірінен ғана өте алмады. Бұл жағдайда электрон, әрине, екі бөлікке, екі жартыға бөлінбеді, олардың әрқайсысында бұл жағдайда электронның жарты массасы және жарты заряд болуы керек еді. Мұндай жартылай электрондарды ешкім бақылаған емес. Бұл электрон екі бөлікке бөлініп, бифуркацияланған екі ұяшықты бір уақытта кесіп өте алмады дегенді білдіреді. Ол, бізге түсіндіргендей, тұтас қалды, бір мезгілдеекі түрлі саңылаудан өтеді. Ол екі бөлікке бөлінбейді, бірақ бір уақытта екі саңылаудан өтеді. Бұл екі саңылаудағы интерференцияның физикалық процесінің кванттық-механикалық (корпускулярлық) сипаттамасының абсурдтығы. Естеріңізге сала кетейік, бұл процесс математикалық түрде мінсіз сипатталған. Бірақ физикалық процесс жалпы түсінікке қайшы, мүлдем қисынсыз. Ал, кәдімгідей, оның қалай екенін түсінбейтін парасаттылық кінәлі: ол екіге бөлінбей, екі жерде болды. Екінші жағынан, керісінше болжау мүмкін емес: фотон (немесе электрон) қандай да бір белгісіз жолмен әлі де екі саңылаудың бірінен өтеді. Неліктен бөлшек белгілі бір нүктелерге соғылып, басқалардан аулақ болады? Ол шектеулі аймақтар туралы білетін сияқты. Бұл әсіресе бөлшек ағынның төмен жылдамдығында өзіне кедергі жасағанда айқын көрінеді. Бұл жағдайда бөлшектің екі саңылаудан өтуінің бір мезгілде болуын әлі де қарастыру қажет. Әйтпесе, бөлшекті көрегендік қабілеті бар парасатты тіршілік иесі деп санауға тура келеді. Транзиттік немесе алып тастау детекторларымен жүргізілген тәжірибелер (бөлшектің бір саңылаудың жанында бекітілмегені оның екіншісінен өткенін білдіреді) суретті нақтыламайды. Бір интегралдық бөлшектің өзі өтпеген екінші саңылаудың болуына қалай және неліктен әрекет ететіні туралы ақылға қонымды түсініктемелер жоқ. Бөлшек саңылаулардың бірінің жанында тіркелмеген болса, онда ол екіншісінен өткен. Бірақ бұл жағдайда ол экранның «тыйым салынған» нүктесіне жетуі мүмкін, яғни екінші ұяшық ашық болса, ол ешқашан соғылмайды. Бұл кешіктірілмеген бөлшектердің «жарты» интерференция үлгісін құруына ештеңе кедергі болмауы керек сияқты. Дегенмен, бұл болмайды: егер ұялардың бірі жабық болса, бөлшектер экранның «тыйым салынған» аймақтарына кіру үшін «өту» алатын сияқты. Егер екі саңылау да ашық болса, онда бір саңылаудан өткен бөлшек осы «тыйым салынған» аймақтарға кіре алмайды. Ол екінші саңылау оған қалай «қарайтынын» сезетін сияқты және белгілі бір бағытта қозғалысқа тыйым салады. Интерференция тек осы тәжірибеде көрінетін толқынмен немесе бөлшектермен жасалған тәжірибелерде ғана болатыны белгілі тектолқындық қасиеттер. Қандай да бір сиқырлы жолмен бөлшек өзінің толқындық немесе корпускулалық жақтарын экспериментаторға көрсетеді, іс жүзінде оларды қозғалыста, ұшу кезінде өзгертеді. Егер абсорбер саңылаулардың бірінен кейін бірден орналасса, онда толқын ретінде бөлшек екі ойық арқылы жұтқышқа дейін өтеді, содан кейін бөлшек ретінде ұшуын жалғастырады. Бұл жағдайда абсорбер, белгілі болғандай, бөлшектен өз энергиясының аз бөлігін де алмайды. Бөлшектің кем дегенде бір бөлігі әлі де бітеліп қалған саңылаудан өтуі керек екені анық. Көріп отырғаныңыздай, физикалық процестің қарастырылған түсіндірмелерінің ешқайсысы логикалық көзқарас пен парасаттылық тұрғысынан сынға төтеп бере алмайды. Қазіргі уақытта басым корпускулярлық-толқындық дуализм тіпті интерференцияны ұстауға ішінара мүмкіндік бермейді. Фотон жай ғана корпускулалық немесе толқындық қасиеттерді көрсетпейді. Ол оларды көрсетеді бір мезгілде, және бұл көріністер өзара алып тастаубір-бірін. Жартылай толқындардың біреуінің «сөнуі» фотонды бірден интерференция үлгісін жасауды «қалай білмейтін» бөлшекке айналдырады. Керісінше, екі ашық саңылау фотонды екі жарты толқынға айналдырады, содан кейін олар біріктірілгенде тұтас фотонға айналады, бұл толқынның материалдануының жұмбақ процедурасын тағы бір рет көрсетеді.

Қос саңылау экспериментіне ұқсас эксперименттер

Екі саңылауы бар тәжірибеде бөлшектердің «жартыларының» траекторияларын эксперименталды түрде басқару біршама қиын, өйткені саңылаулар салыстырмалы түрде бір-біріне жақын. Сонымен қатар, фотонды екі анық ажыратылатын траектория бойынша «бөлуге» мүмкіндік беретін ұқсас, бірақ көрнекі тәжірибе бар. Бұл жағдайда фотон бір мезгілде екі арна арқылы өтеді деген ойдың абсурдтығы одан да айқынырақ болады, олардың арасында метр немесе одан да көп қашықтық болуы мүмкін. Мұндай тәжірибені Мах-Зендер интерферометрі арқылы жүргізуге болады. Бұл жағдайда байқалған әсерлер қос саңылау экспериментінде байқалған әсерлерге ұқсас. Белинский оларды былай сипаттайды: "Мах-Цендер интерферометрімен тәжірибені қарастырайық (3-сурет). Біз оған бір фотонды күйді қолданамыз және алдымен фотодетекторлардың алдында орналасқан екінші сәуле бөлгішті алып тастаймыз. Детекторлар жалғыз фотосанақтарды бір немесе басқа арнада тіркеңіз және ешқашан екеуін бір уақытта жасамаңыз, өйткені кірісте бір ғана фотон бар.

3-сурет. Мах-Зендер интерферометрінің схемасы.

Сәуле бөлгішті қайтарып алайық. Детекторлардағы фотосанақтардың ықтималдығы 1 + cos(Ф1 - Ф2) функциясымен сипатталады, мұнда Ф1 және Ф2 интерферометрдің иықтарындағы фазалық кешігулер болып табылады. Белгі қай детектор жазып жатқанына байланысты. Бұл гармоникалық функцияны екі ықтималдық Р(Ф1) + Р(Ф2) қосындысы ретінде көрсету мүмкін емес. Демек, бірінші сәулені бөлгіштен кейін фотон интерферометрдің екі иығында бір уақытта болады, дегенмен эксперименттің бірінші әрекетінде ол тек бір қолында болды. Кеңістіктегі бұл әдеттен тыс әрекет кванттық бейлокальдылық деп аталады. Оны әдетте макроәлемде болатын кәдімгі қарапайым кеңістіктік интуициялар тұрғысынан түсіндіру мүмкін емес».Егер екі жол да кірісте фотон үшін бос болса, онда шығыста фотон қос саңылаудағы сияқты әрекет етеді. тәжірибе: ол екінші айнадан тек бір жол бойымен өте алады - басқа жолмен келген өзінің кейбір «көшірмелеріне» кедергі келтіреді.Егер екінші жол жабық болса, онда фотон жалғыз келеді және екінші айнадан кез келген бағытта өтеді. Екі саңылау экспериментінің ұқсастығының ұқсас нұсқасын Пенроуз сипаттайды (сипаттама өте мәнерлі, сондықтан біз оны толық дерлік береміз): «Жарықтар міндетті түрде бір-біріне жақын орналасуы керек, сондықтан фотон олар арқылы бір уақытта өте алады. Кванттық бөлшек бір-бірінен қаншалықты алыс болса да, «бірден екі жерде» қалай болатынын түсіну үшін қос саңылау тәжірибесінен сәл өзгеше эксперименттік қондырғыны қарастырыңыз. Бұрынғыдай, бізде монохроматикалық жарық шығаратын шам бар, бір уақытта бір фотон; бірақ жарықты екі саңылау арқылы өткізбей, оны сәулеге 45 градус бұрышпен көлбеу жартылай күміс айнадан көрсетейік.

4-сурет. Толқындық функцияның екі шыңын фотонды бір жерде немесе басқа жерде локализациялау үшін ықтималдық салмақтары ретінде қарастыруға болмайды. Фотонның екі жолы бір-біріне кедергі жасау үшін жасалуы мүмкін.

Айнамен кездескеннен кейін фотонның толқындық функциясы екі бөлікке бөлінеді, олардың біреуі бүйірге шағылысады, ал екіншісі фотон бастапқыда қозғалған бағытта таралуын жалғастырады. Екі саңылаудан шыққан фотон жағдайындағыдай, толқындық функцияның екі шыңы бар, бірақ қазір бұл шыңдар үлкен қашықтықпен бөлінген - бір шың шағылған фотонды сипаттайды, екіншісі айна арқылы өткен фотонды сипаттайды. Сонымен қатар, уақыт өте келе шыңдар арасындағы қашықтық үлкейіп, шексіз өседі. Толқындық функцияның осы екі бөлігі ғарышқа барады деп елестетіп көріңіз және біз күтеміз жыл бойы. Сонда фотондық толқын функциясының екі шыңы қашықтықта болады жарық жылыбір-бірінен. Қалай болғанда да, фотон бір жарық жылы қашықтыққа бөлінген екі жерде бірден аяқталады! Мұндай суретті байыппен қабылдауға негіз бар ма? Біз фотонды бір жерде болу мүмкіндігі 50% және басқа жерде болу мүмкіндігі 50% болатын нәрсе ретінде қарастыра алмаймыз ба! Жоқ бұл мүмкін емес! Фотон қанша уақыт қозғалыста болғанына қарамастан, фотон сәулесінің екі бөлігінің шағылысу мүмкіндігі әрқашан болады. кері бағыт және кездеседі, нәтижесінде екі баламаның ықтималдық салмағынан туындамайтын кедергі әсерлері пайда болады. Фотон сәулесінің әрбір бөлігі өз жолында екі бөлікті біріктіретіндей бұрышта еңкейтілген толық күмістенген айнаға тап болды делік және екі бөліктің түйісу нүктесінде тағы бір жартылай күміс айна орналастырылды делік. бірінші айнамен бірдей бұрыш. Фотондар сәулесінің бөліктері таралатын түзулерде екі фотоэлемент орналассын (4-сурет). Біз не ашамыз? Егер фотонның 50% ықтималдықпен, екіншісі 50% ықтималдықпен бір бағытта жүретіні рас болса, онда екі детектордың әрқайсысы 50% ықтималдығы бар фотонды анықтайтынын табамыз. Дегенмен, іс жүзінде басқа нәрсе болып жатыр. Егер екі альтернативті жол ұзындығы бойынша тура тең болса, онда фотон 100% ықтималдықпен фотон бастапқыда қозғалған түзу сызықта орналасқан А детекторына, ал 0 ықтималдығы бар кез келген басқа В детекторына түседі. басқаша айтқанда, фотон A детекторына сенімді түрде түседі! Әрине, мұндай тәжірибе ешқашан жарық жылы ретіндегі қашықтықтарға жүргізілген емес, бірақ жоғарыда келтірілген нәтиже айтарлықтай күмән тудырмайды (дәстүрлі кванттық механиканы ұстанатын физиктер үшін!) Мұндай түрдегі эксперименттер іс жүзінде орындалды. арақашықтықтары бірнеше метрге жуық болды және нәтижелер кванттық механикалық болжамдармен толық сәйкес болды. Жартылай шағылыстыратын айнамен бірінші және соңғы кездесу арасындағы фотонның бар екендігі туралы енді не айтуға болады? Еріксіз қорытынды өзін көрсетеді, оған сәйкес фотон қандай да бір мағынада екі жолды бірден өтуі керек! Өйткені, егер екі жолдың кез келгенінің жолына сіңіргіш экран орналастырылса, онда фотонның А немесе В детекторына соғу ықтималдығы бірдей болар еді! Бірақ егер екі жол да ашық болса (екеуі де бірдей ұзындықта), онда фотон тек А нүктесіне жете алады. Бағыттардың біреуін блоктау фотонның B детекторына жетуіне мүмкіндік береді! Егер екі жол да ашық болса, онда фотон қандай да бір түрде В детекторын соғуға рұқсат етілмейтінін «біледі», сондықтан ол бірден екі бағытпен жүруге мәжбүр болады. «Бірден екі нақты жерде орналасқан» мәлімдемесі фотонның күйін толық сипаттамайтынына назар аударыңыз: ψ t + ψ b күйін, мысалы, ψ t - ψ b күйінен (немесе, мысалы, ψ t + iψ b күйінен, мұнда ψ t және ψ b енді екі жолдың әрқайсысында фотонның позицияларына сілтеме жасайды (тиісінше «берілген» және «шағылған»! ). Дәл осы айырмашылық фотонның екінші жарты күмістенген айнаға өтіп, А детекторына сенімді түрде жететінін немесе В детекторына сенімді түрде жететінін (немесе кейбір аралық ықтималдықпен А және В детекторларына тиетінін) анықтайды. Бөлшек әртүрлі тәсілдермен «бірден екі жерде бола алады» деп байыпты қабылдауымыз керек кванттық шындықтың бұл таңқаларлық ерекшелігі басқа кванттық күйлерді алу үшін күрделі мәнді салмақтарды пайдалана отырып, кванттық күйлерді қосу керектігінен туындайды. ". Тағы да, көріп отырғанымыздай, математикалық формализм бөлшектің бірден екі жерде орналасқанына бізді сендіруі керек. Бұл толқын емес, бөлшек. Әрине, математикалық теңдеулер туралы шағымдар болуы мүмкін емес. Бұл құбылысты сипаттаңыз.Алайда оларды парасаттылық тұрғысынан түсіндіру күрделі қиындықтар туғызады және «сиқыр», «ғажайып» ұғымдарын қолдануды талап етеді.

Интерференцияның бұзылу себептері – бөлшектің жүру жолы туралы білім

Кванттық бөлшектің интерференция құбылысын қарастырудағы негізгі сұрақтардың бірі интерференцияның бұзылуының себебі туралы мәселе болып табылады. Интерференция үлгісі қалай және қашан пайда болады, жалпы алғанда, түсінікті. Бірақ осы белгілі жағдайларда, алайда, кейде интерференция үлгісі пайда болмайды. Оған бір нәрсе кедергі жасайды. Заречный бұл сұрақты былай тұжырымдайды: "Күйлердің суперпозициясын, интерференциялық заңдылықты байқау үшін не қажет? Бұл сұраққа жауап өте анық: суперпозицияны байқау үшін объектінің күйін бекіту қажет емес. Қашан біз электронға қарасақ, оның не бір саңылау арқылы өтетінін, не екіншісінен өтетінін көреміз. Бұл екі күйдің суперпозициясы жоқ! Ал біз оны қарамаған кезде ол бір уақытта екі саңылаудан өтеді және олардың таралуы Экран біз оларға қараған кездегідей емес!». Яғни, кедергінің бұзылуы бөлшектің траекториясы туралы білімнің болуына байланысты болады. Егер біз бөлшектің траекториясын білсек, онда интерференция үлгісі пайда болмайды. Bacciagaluppi ұқсас қорытынды жасайды: интерференция термині сақталмайтын жағдайлар бар, яғни. онда ықтималдықтарды есептеудің классикалық формуласы жұмыс істейді. Бұл өлшеу толқындық функцияның «шын» күйреуіне байланысты деген сенімімізге қарамастан, саңылауларды анықтаған кезде орын алады (яғни тек бірқұрамдас бөлігі өлшенеді және экранда із қалдырады). Оның үстіне, жүйенің жай-күйі туралы алынған білім ғана емес, кедергіні бұзады, бірақ тіпті потенциалбұл білімді алу мүмкіндігі кедергінің басты себебі болып табылады. Білімнің өзі емес, іргелі мүмкіндікБөлшектің болашақ күйінде интерференцияны бұзатынын табыңыз. Мұны Цыпенюктің тәжірибесі өте анық көрсетеді: «Рубидий атомдарының шоғы магнитті-оптикалық тұзаққа түседі, ол лазермен салқындатылады, содан кейін атомдық бұлт босатылып, оның әсерінен түседі. гравитациялық өріс. Құлаған кезде атомдар бөлшектер шашырайтын периодтық потенциалды құрайтын екі тұрақты жарық толқыны арқылы дәйекті түрде өтеді. Шындығында, синусоидадағы атомдардың дифракциясы тор, сұйықтықтағы ультрадыбыстық толқын арқылы жарықтың дифракциялануына ұқсас. Түскен А сәулесі (оның әрекеттесу аймағындағы жылдамдығы небәрі 2 м/с) алдымен екі В және С сәулелеріне бөлінеді, содан кейін ол екінші жарық торына түседі, содан кейін екі жұп сәулелер (D, E) және (F) , G) қалыптасады. Алыс аймақтағы осы екі жұп қабаттасатын сәулелер бірінші тордан кейінгі сәулелердің көлденең дивергенциясына тең d қашықтықта орналасқан екі саңылаумен атомдардың дифракциясына сәйкес келетін стандартты интерференциялық үлгіні құрайды.Олар түзілгенге дейін қандай траекториямен қозғалды интерференциялық үлгі: «Жарық торынан кейін микротолқынды өріспен қайталама әрекеттесу нәтижесінде бұл фазалық ығысу электронды күйі |2> және |3> атом арқылы В және С сәулелеріндегі басқа популяцияға айналады: жылы В шоғырында негізінен |2> күйде атомдар, С сәулесінде |3> күйдегі атомдар болады. Осындай күрделі жолмен атомдық сәулелер белгіленіп, олар кейін интерференцияға ұшырайды. Атомның қандай траектория бойынша қозғалғанын оның электрондық күйін анықтау арқылы кейінірек білуге ​​болады. Мұндай таңбалау процедурасы кезінде атомның импульсінде іс жүзінде ешқандай өзгеріс болмайтынын тағы бір рет атап өту керек. Интерференциялық сәулелердегі атомдарды белгілейтін микротолқынды сәуле қосу кезінде кедергі үлгісі толығымен жоғалады. Ақпараттың оқылмағанын, ішкі электронды күйі анықталмағанын баса айту керек. Атомдардың траекториясы туралы ақпарат тек жазылған, атомдар олардың қандай жолмен қозғалғанын есте сақтаған». Осылайша, біз кедергі жасайтын бөлшектердің траекториясын анықтаудың потенциалдық мүмкіндігін жасаудың өзі интерференциялық үлгіні бұзатынын көреміз. Бөлшек тек бір уақытта көрсете алмайды. толқындық және корпускулалық қасиеттер, бірақ бұл қасиеттер тіпті ішінара үйлесімді емес: не бөлшек өзін толығымен толқын сияқты, немесе толығымен локализацияланған бөлшек сияқты. , содан кейін оның толқындық қасиеттерін ашу үшін эксперимент жүргізген кезде, біздің барлық параметрлеріміз Кедергінің бұл таңғажайып ерекшелігі логикаға да, жалпы мағынаға да қайшы келмейтінін ескеріңіз.

Квантоцентрлік физика және Уилер

Қазіргі заманның кванттық-механикалық жүйесінің орталығында кванттық орналасады, ал оның айналасында Птолемейдің геоцентрлік жүйесіндегідей кванттық жұлдыздар мен кванттық Күн айналады. Ең қарапайым кванттық механикалық эксперименттің сипаттамасы кванттық теорияның математикасының мінсіз екенін көрсетеді, дегенмен процестің нақты физикасының сипаттамасы онда мүлдем жоқ. Бас кейіпкертеория – квант тек қағазда, формулаларда кванттық, бөлшектік қасиеттерге ие. Алайда эксперименттерде ол бөлшек сияқты әрекет етпейді. Екі бөлікке бөлу қабілетін көрсетеді. Ол үнемі әртүрлі мистикалық қасиеттерге ие және тіпті ертегі кейіпкерлерімен салыстырылады: «Осы уақыт ішінде фотон құйрығында (1-сәуле бөлгіште) және тістеген жерінде тек үшкір болатын «ұлы түтін айдаһар» болып табылады. детектор» (Уилер). Бұл бөліктерді, Уилердің «үлкен отпен тыныс алатын айдаһарының» жартыларын ешкім ешқашан ашпаған және кванттардың бұл жартылары болуы керек қасиеттер кванттар теориясына қайшы келеді. Екінші жағынан, кванттар толқындар сияқты әрекет етпейді. Иә, олар бөліктерге «бөлінуді білетін» сияқты. Бірақ әрқашан, оларды тіркеуге кез келген әрекетте олар бірден бір толқынға біріктіріледі, ол кенеттен нүктеге құлаған бөлшек болып шығады. Сонымен қатар, бөлшекті тек толқындық немесе тек корпускулалық қасиеттерді көрсетуге мәжбүрлеу әрекеттері сәтсіз аяқталды. Түсініксіз интерференциялық эксперименттердің қызықты нұсқасы - Уилердің кешіктірілген таңдау эксперименттері:

5-сурет. Негізгі кешіктірілген таңдау

1. Фотон (немесе кез келген басқа кванттық бөлшек) екі саңылауға жіберіледі. 2. Фотон саңылаулардан бақыланбай (анықталмаған), бір саңылаудан немесе екінші саңылаудан немесе екі саңылаудан (логикалық тұрғыдан алғанда, бұл барлық мүмкін альтернативалар) өтеді. Интерференцияны алу үшін «бірдеңе» екі саңылаудан да өтуі керек деп есептейміз; Бөлшектердің таралуын алу үшін фотон бір саңылаудан немесе екіншісінен өтуі керек деп есептейміз. Фотон қандай таңдау жасаса да, ол оны саңылаулардан өткен сәтте «жасауы керек». 3. Саңылаулардан өткеннен кейін фотон артқы қабырғаға қарай жылжиды. Бізде «артқы қабырғадағы» фотонды анықтаудың екі түрлі әдісі бар. 4. Біріншіден, бізде экран (немесе түскен фотонның көлденең координатасын ажырата алатын, бірақ фотонның қайдан келгенін анықтай алмайтын кез келген басқа анықтау жүйесі) бар. Қалқанды сызықша көрсетілгендей алып тастауға болады. Оны тез, өте тез жоюға болады, кейінфотон екі саңылаудан өткендіктен, бірақ фотон экран жазықтығына жеткенге дейін. Басқаша айтқанда, фотон 3-аймаққа ауысқан уақыт аралығында экранды алып тастауға болады. Немесе экранды орнында қалдыра аламыз. Бұл экспериментатордың таңдауы, кім кейінге қалдырылды фотон саңылаудан (2) өткен сәтке дейін, ол мұны қалай жасағанына қарамастан. 5. Егер экран жойылса, біз екі телескопты табамыз. Телескоптар ғарыштың тек бір саңылаудың айналасындағы тар аймақтарды ғана бақылауға өте жақсы бағытталған. Сол жақ телескоп сол жақ ойықты бақылайды; оң жақ телескоп оң жақ ойықты бақылайды. (Телескоп механизмі/метафорасы телескоп арқылы қарасақ, фотон міндетті түрде телескоп фокусталатын саңылау арқылы толық немесе жартылай өткен болса ғана жарық жарқылын көретінімізді қамтамасыз етеді; әйтпесе, біз фотонды телескоппен бақылағанда, біз келетін фотон туралы «қай жақта» ақпарат аламыз.) Енді фотон 3-аймаққа бара жатыр деп елестетіңіз. Фотон әлдеқашан саңылаулардан өтіп кеткен. Бізде әлі де таңдау мүмкіндігі бар, мысалы, экранды орнында қалдыру; бұл жағдайда фотонның қай саңылаудан өткенін білмейміз. Немесе экранды алып тастауды шеше аламыз. Экранды алып тастасақ, әрбір жіберілген фотон үшін бір немесе басқа телескопта (немесе екеуінде де, бұл ешқашан болмайды) жарқылды көреміз деп күтеміз. Неліктен? Өйткені фотон бірінен, не екіншісінен, не екі саңылаудан өтуі керек. Бұл барлық мүмкіндіктерді тауысады. Телескоптарды бақылағанда мыналардың бірін көруіміз керек: фотонның сол жақ саңылаудан өткенін көрсететін сол телескопта жарқыл, ал оң жақта жарқыл жоқ; немесе оң жақ телескопта жарқыл, ал сол телескопта жарқыл жоқ, бұл фотонның оң жақ саңылаудан өткенін көрсетеді; немесе екі телескоптың жартылай интенсивтілігінің әлсіз жыпылықтауы фотонның екі саңылаудан өткенін көрсетеді. Мұның бәрі мүмкіндіктер. Кванттық механика экранда не алатынымызды айтады: 4r қисығы, бұл дәл біздің саңылаулардан шығатын екі симметриялы толқынның интерференциясы сияқты. Сондай-ақ кванттық механика телескоптармен фотондарды бақылағанда біз мынаны аламыз: 5r қисығы, ол бір немесе басқа саңылаулардан өтіп, тиісті телескопқа тиген нүктелік бөлшектерге дәл сәйкес келеді. Біздің таңдауымызбен анықталған эксперименттік қондырғымыздың конфигурацияларындағы айырмашылыққа назар аударайық. Егер экранды орнында қалдыруды таңдасақ, екі гипотетикалық саңылау толқындарының интерференциясына сәйкес бөлшектердің таралуын аламыз. Біз (үлкен құлықсыз болса да) фотон өз көзінен экранға екі саңылау арқылы өтті деп айта аламыз. Екінші жағынан, экранды алып тастауды таңдасақ, нүктелік бөлшектің көзден саңылаулардың бірі арқылы сәйкес телескопқа қозғалысын бақылағанда алатын екі максимаға сәйкес бөлшектердің таралуын аламыз. Бөлшек бір немесе басқа телескопта «пайда болады» (біз жарқылды көреміз), бірақ экранның бағыты бойынша кез келген басқа нүктеде емес. Қорытындылай келе, біз таңдау жасаймыз - бөлшектің қай тесігінен өткенін анықтау - анықтау үшін телескоптарды таңдау немесе таңдамау. Біз бұл таңдауды уақыт сәтіне қалдырамыз кейінбөлшек қалайша былайша айтқанда, «бір саңылаудан немесе екі саңылаудан» өтті. Мұндай ақпаратты алу-алмауды кеш таңдауымыз парадоксальды сияқты анықтайды, былайша айтқанда, бөлшек бір саңылаудан өтті ме, әлде екеуінен де өтті ме. Егер сіз осылай ойлағыңыз келсе (және мен оны ұсынбаймын), экранды пайдалануды таңдасаңыз, бөлшек ex post-факто толқын әрекетін көрсетеді; Сондай-ақ, егер сіз телескоптарды пайдалануды таңдасаңыз, бөлшек нүктелік нысан ретінде фактіден кейін әрекет етеді. Осылайша, бөлшекті тіркеу жолын кешіктірген таңдауымыз тіркеуге дейін бөлшектің іс жүзінде қалай әрекет еткенін анықтайтын сияқты.
(Ross Rhodes, Wheeler's Classic Delayed Choice Experiment, аударған П. В. Куракин,
http://quantum3000.narod.ru/translations/dc_wheeler.htm). Кванттық модельдің сәйкессіздігі «Мүмкін ол әлі де айналып тұрған шығар?» Деген сұрақты қоюды талап етеді. Корпускулярлы-толқындық дуализм моделі шындыққа сәйкес келе ме? Квант бөлшек те, толқын да емес сияқты.

Неліктен доп секіреді?

Бірақ неліктен интерференция жұмбағын физиканың негізгі жұмбағы ретінде қарастыруымыз керек? Физикада да, басқа ғылымдарда да, өмірде де жұмбақ көп. Интерференцияның ерекшелігі неде? Бізді қоршаған әлемде бір қарағанда түсінікті болып көрінетін, түсіндірілетін көптеген құбылыстар бар. Бірақ бұл түсініктемелер арқылы кезең-кезеңімен өту керек, өйткені бәрі шатастырылып, тұйыққа тіреледі. Неліктен олар араласудан нашар, жұмбақ емес? Мысалы, өмірде кез келген адам кездескен осындай таныс құбылысты қарастырайық: асфальтқа лақтырылған резеңке доптың серпілісі. Неліктен ол асфальтқа түскенде секіреді? Әлбетте, асфальтқа соғылған кезде доп деформацияланып, қысылады. Сонымен бірге ондағы газдың қысымы артады. Түзету, пішінін қалпына келтіру үшін доп асфальтты басып, одан итереді. Мұның бәрі, секірудің себебі анықталған сияқты. Дегенмен, егжей-тегжейлі қарастырайық. Қарапайымдылық үшін біз газды қысу және доптың пішінін қалпына келтіру процестерін қалдырамыз. Шар мен асфальттың жанасу нүктесіндегі процесті қарастыруға тікелей көшейік. Доп асфальттан секіреді, өйткені екі нүкте (асфальтта және допта) өзара әрекеттеседі: олардың әрқайсысы екіншісін басады, одан итереді. Мұнда бәрі қарапайым сияқты. Бірақ өзімізден сұрап көрейік: бұл қысым дегеніміз не? Ол қалай «көрінеді»? Тереңдеп көрейік молекулалық құрылымзаттар. Доп жасалған резеңке молекуласы мен асфальттағы тас молекуласы бір-біріне қарсы тұрады, яғни олар бір-бірін итермелейді. Тағы да бәрі қарапайым болып көрінеді, бірақ ол көрінеді жаңа сұрақ: ал молекулалардың әрқайсысын алыстауға, «қарсыласынан» көшуге мәжбүрлеуге мәжбүрлейтін «күш» құбылысының себебі, қайнар көзі неде? Шамасы, резеңке молекулаларының атомдары тасты құрайтын атомдармен итермелейді. Егер одан да қысқарақ, жеңілдетілген болса, онда бір атом екіншісінен итеріледі. Және тағы да: неге? Заттың атомдық құрылымына көшейік. Атомдар ядролар мен электронды қабаттардан тұрады. Мәселені тағы да жеңілдетейік және жаңа сұраққа жауап ретінде атомдар қабықтары немесе ядролары арқылы итеріледі деп есептейік (жеткілікті түрде) Мысалы, электрон қабықшалары бірдей электр зарядтарына байланысты тебісе алады, өйткені зарядтар тебеді. Және тағы да: неге? Бұл қалай болады? Екі электронның, мысалы, бір-бірін тебуіне не себеп болады? Біз материяның құрылымының тереңдігіне одан әрі баруымыз керек. Бірақ қазірдің өзінде біздің өнертабыстарымыз, кез келген жаңа түсініктемелер бар екендігі айтарлықтай байқалады физикалықФормальды, математикалық сипаттама әрқашан дәл және анық болғанымен, итеру механизмі көкжиек сияқты алыс және алыс сырғып кетеді. Дегенмен, біз әрқашан оның жоқтығын көреміз физикалықитермелеу механизмін сипаттау бұл механизмді, оның аралық моделін абсурдтық, қисынсыз, жалпы ойға қайшы етпейді. Олар біршама жеңілдетілген, толық емес, бірақ логикалық, орынды, мағыналы. Бұл интерференцияны түсіндірудің көптеген басқа құбылыстарды түсіндіруден айырмашылығы: интерференцияны сипаттау оның мәні бойынша қисынсыз, табиғи емес және жалпы санаға қайшы келеді.

Кванттық шиеленіс, бейлокалдық, Эйнштейннің жергілікті реализмі

Ақылға қайшы деп саналатын тағы бір құбылысты қарастырайық. Бұл табиғаттың ең таңғажайып жұмбақтарының бірі – кванттық шиеленіс (шұңқырлық әсер, шиеленіс, бөлінбейтіндігі, жергілікті еместігі). Құбылыстың мәні мынада: екі кванттық бөлшектер өзара әрекеттесуден кейін және кейіннен бөлінуден кейін (оларды кеңістіктің әртүрлі аймақтарына бөледі) бір-бірімен ақпараттық байланыстың қандай да бір түрін сақтайды. Мұның ең танымал мысалы - EPR парадоксы деп аталатын. 1935 жылы Эйнштейн, Подольский және Розен, мысалы, ажырау (кеңейту) процесінде екі байланысқан фотондар ақпараттық байланыстың осындай ұқсастығын сақтайды деген идеяны білдірді. Бұл жағдайда бір фотонның кванттық күйі, мысалы, поляризация немесе спин, басқа фотонға бірден ауысуы мүмкін, бұл жағдайда ол біріншінің аналогы болады және керісінше. Бір бөлшекке өлшеу жүргізе отырып, біз бұл бөлшектер бір-бірінен қаншалықты алыс болса да, басқа бөлшектің күйін бірден анықтаймыз. Осылайша, бөлшектер арасындағы байланыс негізінен жергілікті емес. Кванттық механиканың жергілікті еместігінің мәні орыс физигіДоронин былай тұжырымдайды: «ҚМ-де жергілікті еместілік нені білдіретініне келетін болсақ, ғылыми қоғамдастықта бұл мәселе бойынша кейбір келісілген пікірлер бар деп ойлаймын.Әдетте QM-нің жергілікті еместігі QM принципіне қайшы келетіндігі ретінде түсініледі. жергілікті реализм (оны әлі де жиі Эйнштейннің локальдылық принципі деп атайды.) Жергілікті реализм принципі егер екі А және В жүйесі кеңістікте бөлінген болса, онда қашан толық сипаттамасы физикалық шындық, А жүйесінде орындалатын әрекеттер В жүйесінің қасиеттерін өзгертпеуі керек.Жоғарыда келтірілген интерпретациядағы локальдық реализмнің негізгі ұстанымы кеңістікте бөлінген жүйелердің бір-біріне өзара әсерін жоққа шығару екенін ескеріңіз.Эйнштейндік локальды негізгі ереже. реализм – кеңістікте бөлінген екі жүйенің бір-біріне әсер етуінің мүмкін еместігі.Эйнштейн сипатталған ЭПР парадоксында бөлшектер күйінің жанама тәуелділігін қабылдады.Бұл тәуелділік бөлшектердің шиеленісу сәтінде қалыптасады және оның соңына дейін сақталады. эксперимент.Яғни бөлшектердің кездейсоқ күйлері олардың бөліну сәтінде пайда болады.Болашақта олар шиеленісу кезінде алынған күйлерін сақтайды және бұл күйлер физикалық шындықтың кейбір элементтерінде «сақталып», «қосымша параметрлермен» сипатталады. өйткені аралық жүйелердегі өлшемдер бір-біріне әсер ете алмайды: «Бірақ маған бір болжам даусыз болып көрінеді. S 2 жүйесінің заттардың нақты күйі (күйі) одан кеңістікте бөлінген S 1 "жүйесімен не істейтініне байланысты емес." Бірінші жүйедегі операциялар, екіншісінде нақты өзгерістерді алу мүмкін емес. «Алайда, шын мәнінде, бір-бірінен алыс жүйелердегі өлшемдер бір-біріне қандай да бір түрде әсер етеді. Ален Аспект бұл әсерді былай сипаттады:» i. Өлшеу алдында анық анықталған поляризацияға ие болмаған фотон ν 1 оны өлшеу кезінде алынған нәтижеге байланысты поляризацияға ие болады: бұл таңқаларлық емес. ii. ν 1 бойынша өлшеу жүргізілгенде, осы өлшемге дейін нақты поляризациясы болмаған ν 2 фотон ν 1 бойынша өлшеу нәтижесіне параллель поляризация күйіне проекцияланады. Бұл өте таңқаларлық, себебі ν 2 сипаттамасындағы бұл өзгеріс бірінші өлшеу кезіндегі ν 1 және ν 2 арасындағы қашықтыққа қарамастан лезде болады. Бұл сурет салыстырмалылықпен қайшы келеді. Эйнштейннің пікірінше, кеңістік уақытының берілген аймағындағы оқиғаға кеңістіктік интервалмен бөлінген кеңістіктегі оқиға әсер ете алмайды. EPR корреляциясын «түсіну» үшін қолайлырақ суреттерді табуға тырысу ақылсыз. Бұл біз қазір қарастырып жатқан сурет.» Бұл сурет «жергілікті емес» деп аталады. Бір-біріне қатысты өлшемдер асқын жарық жылдамдығы, бірақ сонымен бірге бөлшектер арасында ақпараттың тасымалдануы болмайды. Өлшемдердің бір-біріне әсері бар, бірақ бұл әсердің берілуі жоқ екен. Осыған сүйене отырып, бейлокальдылық мәні бойынша салыстырмалылықтың арнайы теориясына қайшы келмейді деген қорытындыға келеді. ЭПР бөлшектері арасындағы берілетін (шартты) ақпаратты кейде «кванттық ақпарат» деп те атайды. Демек, бейлокальдық Эйнштейннің жергілікті реализміне (локализм) қарсы құбылыс. Бұл ретте локальді реализм үшін тек бір ғана нәрсе қабылданады: бір бөлшектен екінші бөлшекке берілетін дәстүрлі (релятивистік) ақпараттың жоқтығы. Әйтпесе, Эйнштейн айтқандай, «қашықтықтағы фантомдық әрекет» туралы айту керек. Осы «ұзақ әрекет» салыстырмалылықтың арнайы теориясына және жергілікті реализмнің өзіне қаншалықты қайшы келетінін егжей-тегжейлі қарастырайық. Біріншіден, «фантомдық ұзақ қашықтық әрекеті» кванттық-механикалық «жергілікті еместен» жаман емес. Шынында да, релятивистік (жарық жылдамдығынан төмен) ақпараттың ол жерде де, жерде де берілуі жоқ. Демек, «ұзақ әрекет» арнайы салыстырмалылық теориясына «жергілікті емес» сияқты қайшы келмейді. Екіншіден, «ұзақ мерзімді әрекеттің» елестігі кванттық «жергілікті еместіктен» артық емес. Шынында да, жергілікті еместіктің мәні неде? Шындықтың басқа деңгейіне «шығуда»? Бірақ бұл ештеңе айтпайды, тек әртүрлі мистикалық және құдайлық кеңейтілген интерпретацияларға мүмкіндік береді. Ақылға қонымды және егжей-тегжейлі физикалықсипаттама (және одан да көп, түсіндіру) жергілікті еместікте жоқ. Тек қарапайым мәлімдеме бар: екі өлшем корреляцияланған. Ал Эйнштейннің «қашықтықтағы фантом әрекеті» туралы не айтуға болады? Иә, дәл сол нәрсе: ақылға қонымды және егжей-тегжейлі ештеңе жоқ физикалық сипаттама, фактінің бірдей қарапайым мәлімдемесі: екі өлшем қосылғанбір бірімен. Сұрақ шын мәнінде терминологияға түседі: жергілікті емес немесе қашықтықтағы елес әрекет. Және бірі де, екіншісі де формальды түрде арнайы салыстырмалылық теориясына қайшы келмейтінін мойындау. Бірақ мұның өзі жергілікті реализмнің (жершілдіктің) бірізділікінен басқа ештеңені білдірмейді. Оның Эйнштейн тұжырымдаған негізгі мәлімдемесі, әрине, жарамды болып қала береді: релятивистік мағынада S 2 және S 1 жүйелерінің арасында өзара әрекеттесу жоқ, «фантомдық ұзақ мерзімді әрекет» гипотезасы Эйнштейннің жергілікті реализміне шамалы қарама-қайшылықты енгізбейді. . Ақырында, жергілікті реализмдегі «қашықтықтағы фантомдық әрекетті» жоққа шығару әрекетінің өзі логикалық тұрғыдан оның кванттық механикалық аналогына – бейлокальдылыққа бірдей қатынасты талап етеді. Әйтпесе, бұл екі теорияға («Юпитерге рұқсат етілген нәрсе бұқаға рұқсат етілмейді») қосарланған стандартқа, дәлелсіз қос көзқарасқа айналады. Мұндай көзқарастың байыпты қарауға лайық болуы екіталай. Осылайша, Эйнштейннің жергілікті реализмінің (локализм) гипотезасын неғұрлым толық түрде тұжырымдау керек: «S 2 жүйесінің нақты жағдайы. релятивистік мағынада S 1 жүйесімен не істелетініне байланысты емес, одан кеңістікте бөлінген. Осы шағын, бірақ маңызды түзетуді ескере отырып, барлық сілтемелер «Белл теңсіздіктерінің» бұзылуына (қараңыз), Эйнштейннің жергілікті реализмін жоққа шығаратын дәлелдер ретінде, оларды бұзады. кванттық механика сияқты жетістік... Көріп отырғанымыздай, кванттық механикада бейлокалдық құбылыстың мәні сипатталған. сыртқы белгілері, бірақ оның ішкі механизмі түсіндірілмеген, бұл Эйнштейннің кванттық механиканың толық еместігі туралы мәлімдемесіне негіз болды. Сонымен қатар, шиеленісу құбылысы логикаға да, жалпы мағынаға да қайшы келмейтін өте қарапайым түсініктемеге ие болуы мүмкін. Екі кванттық бөлшек бір-бірінің күйі туралы «білетін» сияқты әрекет ететіндіктен, бір-біріне түсініксіз ақпаратты жіберетіндіктен, тасымалдауды қандай да бір «таза материалдық» тасымалдаушы (материалдық емес) жүзеге асырады деп болжауға болады. Бұл мәселе шындықтың негіздеріне, яғни біздің бүкіл әлеміміз жасалған бастапқы субстанцияға қатысты терең философиялық астарға ие. Шын мәнінде, бұл зат оны тікелей бақылауды болдырмайтын қасиеттермен қамтамасыз етіп, материя деп аталуы керек. Тұтас қоршаған әлемматериядан өрілген және біз оны тек осы матамен, материяның туындысы: материямен, өрістермен әрекеттесу арқылы ғана байқай аламыз. Бұл гипотезаның егжей-тегжейіне тоқталмай, біз тек автордың материя мен эфирді бірдей субстанцияның екі атауы ретінде қарастыратынын атап өтеміз. Негізгі принцип – материядан бас тарта отырып, дүниенің құрылымын түсіндіру мүмкін емес, өйткені материяның дискреттілігі өз алдына логикаға да, жалпы ойға да қайшы келеді. Егер материя барлық бар нәрсенің негізгі принципі болса, материяның дискреттерінің арасында не бар деген сұраққа ақылға қонымды және қисынды жауап жоқ. Демек, материяның қасиеті бар деген болжам, пайда болуқашықтағы материалдық объектілердің лездік өзара әрекеттесуі ретінде өте қисынды және дәйекті. Екі кванттық бөлшектер бір-бірімен тереңірек деңгейде әрекеттеседі - материалды, материалмен, өріспен, толқынмен немесе кез келген басқа тасымалдаушымен байланысы жоқ және тіркелетін материалды деңгейде бір-біріне неғұрлым нәзік, түсініксіз ақпаратты беретін материалдық. тікелей түбегейлі мүмкін емес. Айқын және анық физикалық сипаттамасы (түсіндірмесі) болмаса да, локальды еместік (бөлінбеушілік) құбылысы кванттық физика, дегенмен, нақты процесс ретінде түсінуге және түсіндіруге қол жетімді. Осылайша, шиеленіскен бөлшектердің өзара әрекеттесуі, жалпы алғанда, логикаға да, жалпы мағынаға да қайшы келмейді және фантастикалық болса да, керісінше үйлесімді түсіндіруге мүмкіндік береді.

кванттық телепортация

Заттың кванттық табиғатының тағы бір қызықты және парадоксальды көрінісі кванттық телепортация болып табылады. Ғылыми фантастикадан алынған «телепортация» термині қазір кеңінен қолданылады ғылыми әдебиеттер ал бір қарағанда шындыққа жанаспайтындай әсер қалдырады. Кванттық телепортация кванттық күйдің бір бөлшектен екіншісіне қашықтағы лезде ауысуын білдіреді. Дегенмен, бөлшектің өзін телепортациялау, масса беру бұл жағдайда болмайды. Кванттық телепортация туралы мәселені алғаш рет 1993 жылы Беннетт тобы көтерді, ол EPR парадоксын қолдана отырып, негізінен, шиеленіскен (шатастырылған) бөлшектердің ақпараттық «тасымалдау» түрі ретінде қызмет ете алатынын көрсетті. Қосылған бөлшектердің біріне үшінші – «ақпаратты» - бөлшекті қосу арқылы оның қасиеттерін екіншісіне беруге болады, тіпті бұл қасиеттерді өлшемей-ақ. EPR арнасын жүзеге асыру эксперименталды түрде жүзеге асырылды және 10 километрге дейінгі қашықтықта үштен бірі арқылы оптикалық талшықтар арқылы екі фотон арасындағы поляризация күйлерін беру үшін EPR принциптерінің орындылығы тәжірибеде дәлелденді. Кванттық механика заңдарына сәйкес фотон детектормен өлшенбейінше, оның нақты поляризация мәні болмайды. Осылайша, өлшеу фотонның барлық мүмкін поляризацияларының жиынын кездейсоқ, бірақ өте ерекше мәнге айналдырады. Шатастырылған жұптың бір фотонының поляризациясын өлшеу екінші фотон қаншалықты алыс болса да, оған сәйкес – оған перпендикуляр – поляризацияның бірден пайда болуына әкеледі. Егер екі бастапқы фотонның біреуі бөгде фотонмен «араласса», жаңа жұп, жаңа байланысқан кванттық жүйе түзіледі. Оның параметрлерін өлшей отырып, сіз қалағаныңызша бірден жіберуге болады - телепортқа - поляризация бағыты енді түпнұсқа емес, бөгде фотон болып табылады. Негізінде, жұптың бір фотонымен болатын барлық дерлік оның қасиеттерін өте белгілі түрде өзгерте отырып, екіншісіне бірден әсер етуі керек. Өлшеу нәтижесінде бастапқы байланысқан жұптың екінші фотоны да біршама бекітілген поляризацияға ие болды: «хабарлама фотонының» бастапқы күйінің көшірмесі қашықтағы фотонға жіберілді. Ең қиыны кванттық күйдің шынымен телепортталғанын дәлелдеу болды: ол үшін жалпы поляризацияны өлшеген кезде детекторлардың қалай орнатылғанын дәл білу керек және оларды мұқият синхрондау қажет болды. Кванттық телепортацияның жеңілдетілген схемасын келесідей елестетуге болады. Алиса мен Бобқа (шартты таңбалар) шатастырылған фотондар жұбынан бір фотон жіберіледі. Алисада (оған белгісіз) А күйіндегі бөлшек (фотон) бар; жұптағы фотон және Алиса фотоны өзара әрекеттеседі («шатастырылған»), Алиса өлшем жасайды және оның екі фотон жүйесінің күйін анықтайды. Әрине, бұл жағдайда Алиса фотонының бастапқы А күйі жойылады. Алайда, шатастырылған фотондар жұбының Бобпен аяқталатын фотон А күйіне өтеді. Негізінде, Боб телепортация оқиғасы болғанын тіпті білмейді, сондықтан Элис оған бұл туралы әдеттегідей ақпаратты жіберуі керек. жол. Математикалық тұрғыдан кванттық механика тілінде бұл құбылысты былай сипаттауға болады. Телепортацияға арналған құрылғының схемасы суретте көрсетілген:

6-сурет. Фотон күйінің кванттық телепортациясын жүзеге асыру үшін орнату схемасы

«Бастапқы күй мына өрнекпен анықталады:

Мұнда алғашқы екі (солдан оңға қарай) құбит Алисаға, ал үшінші кубит Бобқа тиесілі деп болжанады. Содан кейін Элис өзінің екі кубитін өткізеді ЖОҚ-Қақпа. Бұл жағдайда |Ψ 1 > күйі алынады:

Содан кейін Алиса бірінші кубитті Хадамард қақпасынан өтеді. Нәтижесінде |Ψ 2 > қаралған кубиттердің күйі келесідей болады:

(10.4) терминдерді қайта топтап, кубиттердің Алиса мен Бобқа тиесілілігінің таңдалған тізбегін бақылай отырып, біз мынаны аламыз:

Бұл, мысалы, Алиса өз жұбының күйлерін өлшеуді орындап, 00 алса (яғни, M 1 = 0, M 2 = 0), онда Бобтың кубиті |Ψ> күйінде болатынын көрсетеді. Алиса Бобқа бергісі келген күйде. Жалпы жағдайда, Алиса өлшеуінің нәтижесіне байланысты, өлшеу процесінен кейінгі Боб кубиті күйі төрт мүмкін күйдің бірімен анықталады:

Дегенмен, оның кубиті төрт күйдің қайсысында екенін білу үшін Боб Алиса өлшеуінің нәтижесі туралы классикалық ақпаратты алуы керек. Боб Алиса өлшеуінің нәтижесін білген бойда, ол (10.6) схемаға сәйкес кванттық операцияларды орындау арқылы Алисаның бастапқы кубиті |Ψ> күйін ала алады. Сонымен, егер Алиса оған өлшеу нәтижесі 00 екенін айтса, онда Боб өз кубиті арқылы ештеңе істеудің қажеті жоқ - ол |Ψ> күйінде, яғни жіберу нәтижесіне қол жеткізілді. Егер Алисаның өлшеуі 01 нәтижесін берсе, онда Боб өз кубитін қақпа арқылы әрекет етуі керек. X. Егер Алисаның өлшемі 10 болса, онда Боб қақпаны қолдануы керек З. Ақырында, егер нәтиже 11 болса, онда Боб қақпаларда әрекет етуі керек X*Z|Ψ> берілген күйді алу үшін. Телепортация құбылысын сипаттайтын жалпы кванттық схема суретте көрсетілген. Телепортация құбылысының бірқатар жағдайлары бар, оларды жалпы физикалық принциптерді ескере отырып түсіндіру қажет. Мысалы, телепортация кванттық күйді лезде және, демек, жарық жылдамдығынан жылдамырақ беруге мүмкіндік береді деген әсер қалдыруы мүмкін. Бұл тұжырым салыстырмалылық теориясына тікелей қайшы келеді. Алайда телепортация құбылысында салыстырмалылық теориясына қайшылық жоқ, өйткені телепортацияны жүзеге асыру үшін Элис өзінің өлшеу нәтижесін классикалық байланыс арнасы арқылы жіберуі керек, ал телепортация ешқандай ақпаратты жібермейді ". Құбылыс телепортация кванттық механиканың формализмінен анық және логикалық түрде туындайды.Бұл құбылыстың негізі, оның «өзегі» шиеленіс екені анық.Сондықтан телепортация шиеленісу сияқты логикалық, ол математикалық түрде оңай және қарапайым сипатталады, себебі тудырмайды. логикамен немесе жалпы мағынамен кез келген қайшылықтар.

Белл теңсіздіктері

Эйнштейннің жергілікті реализміне қарсы дәлелдер ретінде «Белл теңсіздіктерінің» бұзылуына негізсіз сілтемелер болды, бұл оларды кванттық механиканы да бұзады. Д.С.Беллдің EPR парадоксы туралы мақаласы Эйнштейннің кванттық механиканың толық еместігі туралы дәлелдерін және ол тұжырымдаған «жергілікті реализм» деп аталатын ережелерді сенімді математикалық теріске шығару болды. Мақала 1964 жылы жарияланған күннен бастап бүгінгі күнге дейін «Белл теңсіздіктері» түрінде жақсы белгілі Беллдің дәлелдері кванттық механиканың локал еместігі туралы түсініктер арасындағы даудағы ең көп таралған және негізгі дәлел болды. «жасырын айнымалылар» немесе «қосымша параметрлер» негізіндегі теориялардың тұтас класы. Сонымен бірге, Беллдің қарсылықтарын арнайы салыстырмалылық теориясы мен бір-бірінен бөлінген екі жүйенің лездік тәуелділігінің барлық көрінетін белгілері бар түйісу құбылысының эксперименталды түрде бақылануы арасындағы ымыра деп санаған жөн. Бұл ымыраға келу бүгінгі күні жергілікті емес немесе бөлінбейтін ретінде белгілі. Бейлокальдық іс жүзінде дәстүрлі ықтималдық теориясының тәуелді және тәуелсіз оқиғалар туралы ережелерін жоққа шығарады және жаңа ережелерді - кванттық ықтималдықты, оқиғалардың ықтималдығын есептеудің кванттық ережелерін (ықтималдық амплитудаларын қосу), кванттық логиканы негіздейді. Мұндай ымыраға келу табиғат туралы мистикалық көзқарастардың пайда болуына негіз болады. Беллдің EPR парадоксын талдаудан жасаған өте қызықты қорытындысын қарастырайық: «Қосымша параметрлері бар кванттық теорияда статистикалық болжамдарды өзгертпестен жеке өлшемдердің нәтижелерін анықтау үшін бір өлшеу құрылғысының баптауы мүмкін болатын механизм болуы керек. Басқа алыстағы құралдың оқуына әсер етеді Сонымен қатар, тартылған сигнал лезде таралуы керек, сондықтан мұндай теория Лоренц инварианты бола алмайды». Эйнштейн де, Белл де бөлшектер арасындағы суперлюминалды әсерлесуді жоққа шығарады. Дегенмен, Эйнштейннің «қосымша параметрлер» туралы аргументтерін Белл нанымды түрде жоққа шығарды, бірақ қандай да бір суперлюминалды «баптау механизмін» мойындау бағасына қарамастан. Теорияның Лоренц инварианттылығын сақтау үшін екі жолды қарастырамыз: бейлокальдылық мистицизмін тану немесе ... бөлшектерді байланыстыратын материалдық емес субстанцияның болуы. Эксперименталды түрде тіркелмеген «кванттық ақпараттың» лезде берілуі туралы болжам мистикадан бас тартуға, логика мен парасаттылық пен арнайы салыстырмалылық теориясының негізділігіне мүмкіндік береді. Тұтастай алғанда түсініктеме фантастикалық көрінеді.

Кванттық механика мен SRT арасындағы қайшылық

Жоғарыда кванттық механика – бейлокальдылық, шиеленіс құбылысы және салыстырмалылықтың арнайы теориясы арасында қайшылықтың жоқтығын формальды түрде мойындау туралы айтылды. Дегенмен, түйісу құбылысы бір-біріне қатысты қозғалатын сағаттардың синхронды екенін анық көрсете алатын экспериментті ұйымдастыруға мүмкіндік береді. Бұл қозғалыстағы сағаттың артта қалғаны туралы SRT мәлімдемесінің қате екенін білдіреді. Кванттық теория мен арнайы салыстырмалық теориясының өзара әрекеттесу жылдамдығына және кванттық бейлокалдылыққа қатысты төмендетілмейтін қайшылық бар деуге толық негіз бар. Күй векторының құлдырауының лездіктігі туралы кванттық теорияның позициясы өзара әрекеттесудің шектеулі берілу жылдамдығы туралы SRT постулатына қайшы келеді, өйткені синхрондау сигналын генерациялау үшін коллапсты пайдалану тәсілі бар, ол шын мәнінде ақпараттық сигнал болып табылады. ғарышта лезде таралады. Бұл теориялардың бірі кванттық немесе арнайы салыстырмалылық болып табылады немесе екі теория да өзара әсерлесудің берілу жылдамдығы мәселесінде қайта қарауды қажет етеді деген қорытындыны білдіреді. Кванттық теория үшін бұл кез келген қашықтықта толқындық функцияның лезде күйреуімен шатастырылған бөлшектердің кванттық корреляциясын (локалдық емес) жоққа шығару; SRT үшін бұл өзара әрекеттесу жылдамдығының шегі болып табылады. Кванттық синхронизацияның мәні келесідей. Шатастырылған екі бөлшек (фотондар) ортақ толқындық функция ыдырағанда бірден өз күйлеріне ие болады – бұл кванттық механиканың ұстанымы. Өлшеу құрылғысының ішінде фотондардың әрқайсысы өз күйін алатын кем дегенде бір IFR болғандықтан, фотондар осы күйлерді алған басқа IFR бар деп дәлелдеуге негізді негіздер жоқ. сыртындаөлшеу құралдары. Осыдан екі метрдің жұмысы туралы сөзсіз қорытынды шығады бір мезгілдетұрғысынан кез келген ISO, себебі кез келген ISO екі есептегіш те жұмыс істеді бір мезгілдетолқындық функцияның құлдырауына байланысты. Атап айтқанда, бұл өз есептегішін білдіреді қозғалыссыз ISO есептегішпен бір уақытта жұмыс істеді қозғалады ISO, өйткені ыдыраған кванттық бөлшектер (фотондар) күйреу сәтінде өлшеуіш құрылғылардың ішінде болды және коллапс бірден пайда болады. Қолтаңбаларды пайдалану (метрлік сигналдар тізбегі) кейінірек сағаттың синхронизмін көрсетуге мүмкіндік береді. Көріп отырғанымыздай, екі жетекші физикалық теория арасындағы мұндай анық байқалатын қайшылықтың өзі толық логикалық шешімді (соның ішінде эксперименттік тексеруді) мойындайды, ол ешқандай жағдайда жалпы мағынаға қайшы келмейді. Дегенмен, кванттық синхрондау құбылысының өзі онымен талқыланған барлық қарсыластардың түсінігінен тыс болып шыққанын атап өткен жөн.

Египет пирамидаларының құпиялары

Мектеп кезінен бізге атақты деп үйретті Египет пирамидаларыбізге белгілі әулеттердің мысырлықтарының қолдарымен салынған. Дегенмен, біздің күндерімізде А.Ю.Скляров ұйымдастырған ғылыми экспедициялар пирамидалардың шығу тегі туралы мұндай көзқарастардағы көптеген сәйкессіздіктер мен қайшылықтарды көрсетті. Оның үстіне әлемнің басқа бөліктеріндегі мұндай құрылымдардың пайда болуын түсіндіруде қарама-қайшылықтар табылды. Скляровтың экспедициялары өздерінің алдына өте фантастикалық міндеттер қойды: «Ең бастысы, біз іздеген нәрсені - тарихшыларға белгілі барлық мезоамерикандық халықтардан игерілген мүмкіндіктері мен технологиялары бойынша түбегейлі ерекшеленетін жоғары дамыған өркениеттің белгілері мен іздерін табу». Шенеуніктің басым түсіндірмелерін сынау арқылы тарих ғылымы таңғажайып ежелгі құрылымдардың пайда болуы туралы ол олардың мүлдем басқаша шығу тегі туралы нанымды қорытындыға келеді: «Әйгілі мысырлық обелисктерді бәрі оқыды және «біледі» Бірақ олар нені біледі? Мәртебелі, өндіру, жеткізу және орнату нұсқасы туралы мәлімдеме орнында. Сіз тіпті олардағы жазуларды аударудың нұсқаларын таба аласыз. Бірақ кез-келген жерден тар сәндік қиықтарды жиі кездестіруге болатынын айту екіталай. обелиск (тереңдігі сантиметр ретті және кіре берісіндегі ені бірнеше миллиметр және тереңдігі бойынша іс жүзінде нөлге тең), оны қазір ешбір керемет аспап қайталай алмайды. Бұл біздің заманымызда. жоғары технологиялар!» Мұның бәрі түсірілді, жақыннан көрсетілді, көрсетілгеннің шынайылығына күмәнданбаңыз. Кадрлар керемет! Ал құрылымдардың элементтерін талдау негізінде жасалған тұжырымдар, әрине, бір мәнді және даусыз: «Осы жерден сөзсіз және автоматты түрде тек тиісті құралға ие болғандар ғана жасай алатыны шығады. Бұл екі. Бір мұндай құралды жасау үшін өндірістік базасы болған.Бұл үш.Осы құралдың жұмыс істеуі үшін де, құралды шығаратын бүкіл базаның жұмысы үшін де сәйкес энергиямен қамтамасыз етілген.Бұл төрт.кімде болған сәйкес білім. Бұл бес. Және т.б. және т.б.. Нәтижесінде біз білімде де, технологияда да қазіргі заманғы өркениетке ие боламыз. Қиял? .. Бірақ ұяшық шынайы !!!" Жоғары технологияның іздерін жоққа шығару үшін сіз патологиялық Томас сенбейтін адам болуыңыз керек және осы жұмыстардың барлығын ежелгі египеттіктерге (және аумағында құрылымдар ашылған басқа халықтарға) жатқызу үшін керемет арманшыл болуыңыз керек. Египеттегі, Мексикадағы және басқа аймақтардағы ежелгі құрылымдардың фантастикалық табиғатына қарамастан, олардың пайда болуын логика мен парасаттылықпен ешқандай қайшылықсыз түсіндіруге болады. Бұл түсініктемелер пирамидалардың шығу тегі туралы жалпы қабылданған интерпретацияға қайшы келеді, бірақ олар негізінен нақты. Тіпті Жерге келуші және олар пирамидалар тұрғызады деген болжамның өзі ақылға қайшы келмейді: бұл идеяның фантастикасына қарамастан, ол орын алуы мүмкін еді. Оның үстіне бұл түсінік құрылысты ежелгі, нашар дамыған өркениеттерге жатқызудан әлдеқайда қисынды және ақылға қонымды.

Бұл сенгісіз болса ше?

Сонымен, көрсетілгендей, тіпті ең таңғажайып табиғат құбылыстарының көпшілігін логика мен парасаттылық тұрғысынан түсіндіруге болады. Шамасы, сіз әлі де көптеген құпиялар мен құбылыстарды таба аласыз, соған қарамастан, олар бізге кем дегенде логикалық немесе дәйекті түсініктеме беруге мүмкіндік береді. Бірақ бұл түсіндіру барысында логика мен парасаттылықпен шешілмейтін қайшылықтарға тап болатын интерференцияға қатысты емес. Қиял-ғажайып, ақылға сыймайтын, бірақ логика мен парасаттылыққа негізделген болса да, кем дегенде кейбір түсініктемелерді тұжырымдауға тырысайық. Фотонды толқын және басқа ештеңе емес деп есептейік, жалпыға бірдей танылған толқындық-бөлшектік дуализм жоқ. Дегенмен, фотон өзінің дәстүрлі түрінде толқын емес: ол жай ғана емес электромагниттік толқыннемесе Де Бройль толқыны, бірақ одан да абстрактілі, дерексіз нәрсе - толқын. Сонда біз бөлшек деп атайтын және тіпті бөлшек ретінде пайда болатын нәрсе - шын мәнінде, белгілі бір мағынада толқынның құлауы, күйреуі, «өлуі», фотон-толқынның жұтылу процедурасы, процесс. фотон толқынының жоғалуы туралы. Енді кейбір құбылыстарды осы ғылыми емес, тіпті абсурдтық тұрғыдан түсіндіруге тырысайық. Мах-Зендер интерферометрінде тәжірибе.Интерферометрге кіре берісте фотон – «толқын да, бөлшек те» екі бөлікке бөлінеді. Сөздің шын мағынасында. Жарты фотон бір иық бойымен, ал жарты фотон екіншісімен қозғалады. Интерферометрдің шығысында фотон қайтадан бір бүтінге жиналады. Әзірге бұл процестің нобайы ғана. Енді фотон жолдарының бірі бітеліп қалды делік. Кедергіге тиген кезде жартылай фотон тұтас фотонға «конденсацияланады». Бұл кеңістіктегі екі нүктенің бірінде болады: не кедергімен жанасу нүктесінде, не сол кезде оның екінші жартысы болған шалғай нүктеде. Бірақ дәл қайда? Кванттық ықтималдыққа байланысты нақты орынды анықтау мүмкін емес екені анық: не онда, не мұнда. Бұл жағдайда екі жартылай фотон жүйесі жойылып, бастапқы фотонға «қосылады». Біріктіру жартылай фотондардың біреуінің орналасқан жерінде болатыны және жартылай фотондардың бір-бірімен суперлюминалды (лездік) жылдамдықпен біріктірілетіні ғана белгілі - шатастырылған фотондар корреляциялық күйлерді алатыны сияқты. Пенроуз сипаттаған әсер, Мах-Зендер интерферометрінің шығысындағы кедергімен. Фотон және жартылай фотондар да толқындар болып табылады, сондықтан барлық толқын әсерлері осы тұрғыдан қарапайым түсіндіріледі: «егер екі жол да ашық болса (екеуі де бірдей ұзындықта), онда фотон тек А-ға жете алады». жартылай фотонды толқындар. «Бағдарлардың бірін блоктау фотонның В детекторына жетуіне мүмкіндік береді» фотон толқыны бөлгіш (сәуле бөлгіш) арқылы интерферометрге өткен кездегідей, яғни оны екі жарты фотонға бөліп, кейіннен детекторлардың бірінде конденсацияланады - A немесе B. Сонымен бірге, орташа есеппен әрбір екінші фотон шығыс бөлгішке «жиналған түрде» келеді, өйткені жолдардың бірінің қабаттасуы фотонның «жиналуына» әкеледі. екінші арнада немесе кедергіде. Керісінше, «егер екі жол да ашық болса, онда фотон В детекторын соғуға жол берілмейтінін қалай да «біледі», сондықтан ол бірден екі бағытпен жүруге мәжбүр болады», нәтижесінде екі жартылай фотон келеді. А детекторына немесе В детекторына соғылып, бөлгішке кедергі жасайтын шығыс бөлгіш. Екі саңылауда тәжірибе жасаңыз.Слоттарға жеткенде фотон – «толқын да емес, бөлшек те» жоғарыдағыдай екі бөлікке, екі жартылай фотонға бөлінеді. Жартылай фотондар саңылаулардан өтіп, экранда сәйкес жолақтарды беретін толқындар сияқты дәстүрлі түрде кедергі жасайды. Тесіктердің бірі жабылған кезде (шығуда), онда жартылай фотондар да кванттық ықтималдық заңдары бойынша олардың біреуінде «конденсацияланады». Яғни, фотон өзекшеде де – бірінші жартыфотонда да, екінші жарты фотонның орналасқан жерінде де біріншісі осы түйіршікке тиген сәтте бір бүтінге «жиналуы» мүмкін. Бұл жағдайда «конденсацияланған» фотон одан әрі қозғалысын кванттық толқын-фотон үшін дәстүрлі түрде жалғастырады. кешіктірілген таңдау құбылысы.Алдыңғы мысалдағыдай жартылай фотондар саңылаулардан өтеді. Интерференция дәл осылай жұмыс істейді. Жартылай фотондар саңылаулардан өткеннен кейін жазу құрылғысы (экран немесе окуляр) ауыстырылса, жартылай фотондар үшін ерекше ештеңе болмайды. Егер олар жолда экранды кездестірсе, олар кедергі жасайды, кеңістіктегі сәйкес нүктеде (экранда) бір экранға «жинайды». Егер окуляр кездессе, онда кванттық ықтималдық заңдарына сәйкес жартылай фотондар олардың біреуінде тұтас фотонға «жинақталады». Жартылай фотондардың қайсысында фотонды бүтінге «конденсациялайтыны» кванттық ықтималдыққа мән бермейді. Окулярда біз фотонның белгілі бір саңылаудан өткенін нақты көреміз. Шатасу.Кванттық бөлшектер - әрекеттесу және кейінгі бөліну сәтіндегі толқындар, мысалы, өздерінің «жұптықтарын» сақтайды. Басқаша айтқанда, бөлшектердің әрқайсысы жартылай бөлшектер түрінде екі бағытта бір уақытта «шашырады». Яғни, екі жарты бөлшек - бірінші бөлшектің жартысы және екінші бөлшектің жартысы - бір бағытта, ал қалған екі жартысы - екіншісінде жойылады. Күй векторының ыдырау сәтінде жартылай бөлшектердің әрқайсысы бөлшектер арасындағы қашықтыққа қарамастан, лезде әрқайсысы өз «өз» жағында «жығылады». Кванттық есептеу ережелеріне сәйкес фотондар жағдайында күй векторының құлауынсыз бөлшектердің біреуінің поляризациясын айналдыруға болады. Бұл жағдайда шатастырылған фотондардың өзара поляризация бағыттарының айналуы орын алуы керек: коллапс кезінде олардың поляризациялары арасындағы бұрыш енді тураға еселік болмайды. Бірақ мұны, мысалы, «жартылардың» теңсіздігімен де түсіндіруге болады. Ғажайып? Жынды ма? Ғылыми емес пе? Шамасы солай. Оның үстіне, бұл түсініктемелер кванттық бөлшектер дәл кванттар, мысалы, серпімді соқтығыстар ретінде көрінетін эксперименттерге анық қайшы келеді. Бірақ логика мен парасаттылықты ұстануға ұмтылудың құны осындай. Көріп отырғаныңыздай, интерференция бұған сәйкес келмейді, ол мұнда қарастырылған барлық құбылыстардан пропорционалды түрде үлкен дәрежеде логикаға да, жалпы ойға да қайшы келеді. «Кванттық механиканың жүрегі», кванттық суперпозиция принципінің квинтэссенциясы шешілмейтін жұмбақ. Ал интерференция шын мәнінде көптеген кванттық механикалық есептеулерде белгілі бір дәрежеде қамтылған негізгі принцип екенін ескерсек, бұл абсурдтық, шешілмеген. Кванттық физиканың негізгі құпиясы .

ҚОЛДАНБАЛАР

Ғылымның жұмбақтарын талдағанда логика, парадокс, қайшылық, абсурд, парасаттылық сияқты негізгі ұғымдарды қолданатындықтан, бұл ұғымдарды қалай түсіндіретінімізді анықтауымыз керек.

формальды логика

Біз талдаудың негізгі құралы ретінде формальды логика аппаратын таңдаймыз, ол логиканың барлық басқа класстарының негізі болып табылады, сол сияқты екілік есептеулер барлық есептеулердің негізі (басқа негіздерімен). Бұл ең төменгі деңгейдің логикасы, одан қарапайым, одан артық ештеңені елестету мүмкін емес. Барлық пайымдаулар мен логикалық конструкциялар, сайып келгенде, осы негізгі, негізгі логикаға негізделеді, оған қысқарады. Осыдан оның негізіндегі кез келген пайымдау (конструкция) формальды логикаға қайшы келмеуі керек деген еріксіз қорытынды шығады. Логика мынада:

1. Объективті дүние мен білімнің жалпы даму заңдылықтары туралы ғылым.
2. Қорытындылардың негізділігі, дұрыстығы.
3. Ішкі заңдылық. ( СөздікОрыс тілі Ушаков, http://slovari.yandex.ru/dict/ushakov/article/ushakov/12/us208212.htm) Логика – тілдің көмегімен жүзеге асырылатын интеллектуалдық танымдық әрекеттің формалары мен әдістері туралы нормативтік ғылым. Ерекшелік логикалық заңдаролардың логикалық формасы бойынша ғана ақиқат болатын мәлімдемелер екендігінде жатыр. Басқаша айтқанда, мұндай тұжырымдардың логикалық формасы олардың логикалық емес терминдерінің мазмұнының нақтылануына қарамастан олардың ақиқаттығын анықтайды.htm) арасында логикалық теорияларерекше қызығушылық танытамыз классикалық емес логика – кванттықмикроәлемдегі классикалық логика заңдарының бұзылуын білдіретін логика. Біз белгілі бір дәрежеде диалектикалық логикаға, «қайшылықтардың» логикасына сүйенетін боламыз: «Диалектикалық логика философия, ақиқат теориясы(Гегель бойынша ақиқат-процесс), ал басқа «логикалар» таным нәтижелерін бекіту мен бейнелеудің арнайы құралы болып табылады. Құрал өте қажет (мысалы, ұсыныстарды есептеудің математикалық және логикалық ережелеріне сүйенбестен бірде-бір компьютерлік бағдарлама жұмыс істемейді), бірақ бәрібір ол ерекше. ...Мұндай логика әртүрлі, кейде тек сыртқы ұқсастықтардан ғана емес, қарама-қайшы құбылыстардан да айырылған бір көзден пайда болу және даму заңдылықтарын зерттейді. Оның үстіне диалектикалық логика үшін қайшылыққұбылыстардың пайда болу қайнар көзіне тән. «Шығарылған орта заңы» түріндегі ұқсас нәрселерге тыйым салатын формальды логикадан айырмашылығы (А немесе А емес - Tertium non datur: Үшіншісі жоқ). Бірақ егер жарық қазірдің өзінде оның негізінде тұрса, не істеуге болады - жарық «ақиқат» ретінде - бұл толқын да, бөлшек (корпускул), оны тіпті ең күрделі зертхана жағдайында да «бөлу» мүмкін емес. эксперимент? (Кудрявцев В., Диалектикалық логика дегеніміз не? http://www.tovievich.ru/book/8/340/1.htm)

Жалпы ақыл

Аристотельдік мағынада заттың қасиетін басқа сезім мүшелері арқылы түсіну қабілеті. «Орташа адамға» тән нанымдар, пікірлер, заттарды іс жүзінде түсіну. Ауызекі тіл: жақсы, дәлелді пайымдау. Логикалық ойлаудың жуық синонимі. Жалпы ой бастапқыда ретінде қарастырылды құрамдастаза рационалды түрде жұмыс істейтін психикалық қабілет. (Оксфорд психологиясының түсіндірме сөздігі / А. Ребер редакциясы, 2002,
http://vocabulary.ru/dictionary/487/word/%C7%C4%D0%C0%C2%DB%C9+%D1%CC%DB%D1%CB) Бұл жерде біз парасаттылықты құбылыстардың сәйкестігі ретінде ғана қарастырамыз. формальды логикаға. Конструкциялардағы логиканың қайшылықтары ғана тұжырымдардың қателігін, толық еместігін немесе олардың абсурдтығын тануға негіз бола алады. Ю.Скляров айтқандай, түсініктеме нақты фактілерБұл түсініктемелер бір қарағанда қаншалықты оғаш, әдеттен тыс және «ғылыми емес» болып көрінсе де, логика мен парасаттылықтың көмегімен іздеу керек. Талдау кезінде біз сынау және қателесу әдісін қарастыратын ғылыми әдіске сүйенеміз. (Серебряный А.И., Scientific Method and Mistakes, Nature, N3, 1997, http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/NATURE/VV_SC2_W.HTM) Сонымен бірге, біз ғылымның өзі осыған негізделгенін білеміз. сенім: «мәні бойынша, барлық білім бастапқы болжамдарға сенуге негізделген (олар априори, интуиция арқылы қабылданады және оларды ұтымды түрде тікелей және қатаң түрде дәлелдеу мүмкін емес), - атап айтқанда:

(i) біздің ақыл-ойымыз шындықты түсіне алады,
(ii) біздің сезімдеріміз шындықты көрсетеді,
(iii) логика заңдары". (В.С. Ольховский В.С., Эволюционизм мен креационизм сенімінің постулаттары заманауи ғылыми деректермен қалай байланысады, http://www.scienceandapologetics.org/text/91.htm)" Ол ғылымның діни сенімнен сапалық айырмашылығы жоқ иманға негізделгенін ғалымдардың өздері де мойындап отыр.»(Modern Science and Faith, http://www.vyasa.ru/philosophy/vedicculture/?id=82) парасаттылық анықтамасы: «Жалпы сана - он сегіз жасқа толған кезде пайда болатын теріс пікірлердің жиынтығы.» сізден бас тартуы мүмкін.

Қарама-қайшылық

«Формальды логикада бір-біріне қайшы келетін пайымдаулар жұбы, яғни әрқайсысы бір-бірін жоққа шығару болып табылатын пайымдаулар.Қайшылық сонымен қатар кез келген әрекет барысында осындай жұп пайымдаулардың пайда болу фактісі болып табылады. пайымдау немесе кез келген ғылыми теория шеңберінде». (Үлкен совет энциклопедиясы, Rubricon, http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00063/38600.htm) «Басқасымен үйлеспейтін, басқасын жоққа шығаратын ой немесе ұстаным, ойлардағы, мәлімдемелер мен әрекеттердегі сәйкессіздік, логиканы бұзу немесе шындық». (Ушаков орыс тілінің түсіндірме сөздігі, http://slovari.yandex.ru/dict/ushakov/article/ushakov/16-4/us3102504.htm) «бір-бірін жоққа шығаратын екі анықтаманың немесе мәлімдеменің бір мезгілде ақиқатының логикалық жағдайы (Үкімдер) бір және бір туралы Формальды логикада қарама-қайшылық қайшылық заңы бойынша жол берілмейтін болып саналады. (http://ru.wikipedia.org/wiki/Controversy)

Парадокс

«1) жалпы қабылданғанға күрт қайшы келетін, «жалпы ойға» қайшы келетін пікір, пайымдау, қорытынды (кейде бір қарағанда ғана); 2) күтпеген құбылыс, әдеттегі идеяларға сәйкес келмейтін оқиға; 3) логикада – ақиқаттан кез келген ауытқумен туындайтын қайшылық.Қайшылық «антиномия» терминінің синонимі – заңдағы қайшылық – бұл тезистің ақиқаттығын да, ақиқаттығын да дәлелдейтін кез келген пайымдаудың атауы. Оны теріске шығару. Көбінесе бір-бірін жоққа шығаратын (қайшы) екі пайымдау бірдей дәлелденетін болып шыққан кезде парадокс туындайды. (http://slovari.yandex.ru/dict/psychlex2/article/PS2/ps2-0279.htm) Жалпы қабылданған көзқарастарға қайшы келетін құбылысты парадокс ретінде қарастыру әдетке айналғандықтан, бұл мағынада парадокс және қарама-қайшылық ұқсас. Дегенмен, біз оларды бөлек қарастырамыз. Парадокс қарама-қайшылық болғанымен, оны логикалық тұрғыдан түсіндіруге болады, ол қарапайым санаға қолжетімді. Біз қарама-қайшылықты шешілмейтін, мүмкін емес, абсурдтық логикалық құрылым ретінде қарастырамыз, жалпы мағына тұрғысынан түсініксіз. Мақалада шешуі қиын емес, абсурдтық деңгейге жететін осындай қайшылықтар іздестіріледі. Оларды түсіндіру қиын емес, тіпті мәселені тұжырымдау, қарама-қайшылықтың мәнін суреттеу де қиындықтарға тап болады. Сіз тіпті тұжырымдай алмайтын нәрсені қалай түсіндіресіз? Біздің ойымызша, Янгтың қос саңылау эксперименті соншалықты абсурд. Кванттық бөлшектің екі саңылауға кедергі жасағандағы әрекетін түсіндіру өте қиын екені анықталды.

Абсурд

Ақылға қайшы, қисынсыз, абсурдтық нәрсе. - өрнек сырттай қарама-қайшы болмаса, бірақ одан қайшылық шығуы мүмкін болса, абсурд деп саналады. - Абсурдтық мәлімдеме мағыналы және сәйкес келмейтіндіктен жалған болып табылады. Қарама-қайшылықтың логикалық заңы бекітудің де, терістеудің де жол берілмейтіндігі туралы айтады. – Ақылға қонымсыз мәлімдеме бұл заңды тікелей бұзу болып табылады. Логикада дәлелдер reductio ad absurdum («абсурдтыққа қысқарту») арқылы қарастырылады: егер қайшылық белгілі бір позициядан туындаса, онда бұл ереже жалған болып табылады. (Википедия, http://ru.wikipedia.org/wiki/Absurd) Гректер үшін абсурд ұғымы логикалық тұйыққа тірелген жерді, яғни пайымдау ойшылды айқын қайшылыққа апаратын орынды немесе одан басқа айқын нонсенс және, демек, басқа ойлау жолын талап етеді. Сонымен абсурдтық деп ұтымдылықтың орталық құрамдас бөлігі – логиканы жоққа шығару деп түсінді. (http://www.ec-dejavu.net/a/absurd.html)

Әдебиет

1. Аспект А. «Белл теоремасы: эксперименталисттің аңғал көзқарасы», 2001 ж.
   (http://quantum3000.narod.ru/papers/edu/aspect_bell.zip)
2. Аспект: Ален Аспект, Белл теоремасы: аңғал көзқарасэкспериментатор, (Ағылшын тілінен аударған Путенихина П.В.), Quantum Magic, 2007 ж.
3. Баччиагалуппи Г., Кванттық теориядағы декогеренцияның рөлі: М.Х.Шулманның аудармасы. - Ғылым және технология тарихы және философия институты (Париж) -
   http://plato.stanford.edu/entries/qm-decoherence/
4. Белинский А.В., фотондармен жүргізілген эксперименттерде кванттық бейлокальдық және өлшенген шамалардың априорлық мәндерінің болмауы, - UFN, т.173, ?8, тамыз 2003 ж.
5. Бумейстер Д., Эккерт А., Зейлингер А., Кванттық ақпарат физикасы. -
   http://quantmagic.narod.ru/Books/Zeilinger/g1.djvu
6. Біртекті емес және сызықты емес ортадағы толқындық процестер. Семинар 10. Кванттық телепортация, Воронеж мемлекеттік университеті, REC-010 Ғылыми-білім беру орталығы,
   http://www.rec.vsu.ru/rus/ecourse/quantcomp/sem10.pdf
7. Доронин С.И., «Кванттық механиканың локалдығы», «Сиқырлы форумның физикасы», «Сиқырлар физикасы» веб-сайты, физика, http://physmag.h1.ru/forum/topic.php?forum=1&topic=29
8. Доронин С.И., «Сиқырлар физикасы» сайты, http://physmag.h1.ru/
9. Заречный М.И., Әлемнің кванттық және мистикалық суреттері, 2004, http://www.simoron.dax.ru/
10. Кванттық телепортация (Гордон хабары 2002 жылдың 21 мамыры, 00:30),
    http://www.mi.ras.ru/~volovich/lib/vol-acc.htm
11. Менский М.Б., Кванттық механика: жаңа эксперименттер, жаңа қолданбалар және ескі сұрақтардың жаңа тұжырымдары. - УФН, 170-том, N 6, 2000 ж
12. Роджер Пенроуз, Корольдің жаңа ойы: компьютерлер, ойлау және физика заңдары туралы: Пер. ағылшын тілінен. / Жалпы ред. Малышенко В.О. - М.: Редакциялық URSS, 2003. - 384 б. Кітаптың аудармасы:
    Роджер Пенроуз, Императордың жаңа ойы. Компьютерлер, ақыл-ойлар және физика заңдары туралы. Оксфорд университетінің баспасы, 1989 ж.
13. Путенихин П.В., SRT қарсы кванттық механика. - Самиздат, 2008 ж.
    http://zhurnal.lib.ru/editors/p/putenihin_p_w/kmvsto.shtml
14. П.В.Путенихин, Белл теңсіздіктері бұзылмағанда. Самиздат, 2008 ж
15. Путенихин П.В., «Эйнштейн, Подольский, Розен парадоксы» мақаласындағы Белл тұжырымдарына түсініктемелер. Самиздат, 2008 ж
16. Скляров А., Ежелгі Мексика қисық айналары жоқ, http://lah.ru/text/sklyarov/mexico-web.rar
17. Хокинг С. Қысқа оқиғабастап уақыт үлкен жарылысқара тесіктерге. - Санкт-Петербург, 2001 ж
18. Хокинг С., Пенроуз Р., Кеңістік пен уақыт табиғаты. - Ижевск: «Тұрақты және хаотикалық динамика» ғылыми-зерттеу орталығы, 2000, 160 бет.
19. Цыпенюк Ю.М., Белгісіздік қатынасы немесе толықтыру принципі? - М.: Природа, No 5, 1999, 90 б
20. Эйнштейн А. Жинақ ғылыми еңбектертөрт томда. 4-том. Мақалалар, шолулар, хаттар. Физиканың эволюциясы. М.: Наука, 1967 ж.
    http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Einstein_t4_1967ru.djvu
21. Эйнштейн А., Подольский Б., Розен Н. Физикалық шындықтың кванттық механикалық сипаттамасын толық деп санауға бола ма? / Эйнштейн А. Собр. ғылыми еңбектер, 3-том. М., Наука, 1966, б. 604-611〉
    http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Einstein_t3_1966ru.djvu

Янг тәжірибесіндегі жарықтың интерференциясы

Тим Вейткамптың өнері (CC BY)

Австралия Ұлттық университетінің физиктер тобы фотондарды өте суық, метатұрақты гелий атомдарымен алмастыру арқылы Уилердің кешіктірілген таңдау ойлау тәжірибесін жүзеге асырды. Жаңа жұмыс Нильс Бордың комплементарлық принципінің классикалық ұсыныстарын растады. жылы жарияланған табиғат физикасы.

1978 жылы Джон Арчибальд Уилер жарықтың толқындық сипатын дәлелдейтін Юнгтың классикалық қос саңылау тәжірибесінің неғұрлым күрделі нұсқасын ұсынды. Юнгтың айтуынша, жарық шоғы екі тар саңылаулары бар бөлімге бағытталған. Әрбір слоттың өлшемі шамамен шығарылатын жарықтың толқын ұзындығына сәйкес келеді. Саңылаулардан өтіп, жарық проекциялық экранға артта түседі. Егер фотондар тек корпускулярлық қасиеттерді көрсетсе, онда экранда саңылаулардың артында екі жарқын жарықтандырылған аймақ және олардың арасында қараңғы аймақ болады. Сонымен қатар, егер фотондар толқындық қасиеттерді көрсетсе, онда әрбір ұяшық толқындардың екіншілік көзіне айналады. Бұл толқындар кедергі жасайды және екі жарықтандырылған жолақтың орнына проекция экранында көптеген жарық және қараңғы аймақтар бар. Сонымен қатар, жергілікті жарықтандыру максимумдарының бірі қараңғы жер болуы керек жерде орналасқан (егер фотон тек бөлшек болса).

Жарықтың толқындық табиғаты эксперименталды түрде дәлелденген сияқты, бірақ математикалық түрде бұл фотон бір уақытта екі саңылаудан да өтеді дегенді білдіреді. Содан кейін физиктер өлшеу арқылы бір фотонның қай саңылау арқылы ұшатынын анықтауға тырысты. Бақылау жағдайында фотонның бақыланып жатқанын «білгендей» қайтадан бөлшек ретінде әрекет ете бастағаны белгілі болды. Бақылау фактісі жойып жіберетін сияқты толқындық функция. Керісінше, бақылау болмаған кезде фотон қайтадан толқын сияқты әрекет ете отырып, өзіне кедергі жасай бастайды.

Тәжірибе жүзінде байқалған толқындық-бөлшектік дуализмді айта отырып, Нильс Бор комплементарлылық принципін алға тартты. Ол егер бақылаушы кванттық объектінің қасиеттерін бөлшек ретінде өлшейтін болса, онда ол бөлшек сияқты әрекет етеді. Егер оның толқындық қасиеттері өлшенсе, бақылаушы үшін ол толқын сияқты әрекет етеді. Сондықтан кванттық механикалық құбылыстарды толық сипаттау үшін бір-біріне қарама-қайшы көрінетін екі идеяны қолдану қажет, нәтижесінде олар бірін-бірі толықтырады, бұл принцип атауында көрініс табады.

Бұл қайшылықты жеңу және бақылаушы әсерін тексеру үшін Уилер Мах-Зехндер интерферометрін қолдануды ұсынды. Ол төрт айнадан тұрады. Біріншісі жарық ағынын екі сәулеге бөледі, содан кейін олар екі мөлдір емес айнадан көрінеді және төртінші айнада қайтадан біріктіріледі. Оның екі жағында детекторлар бар. Фотондарды бір-бірден шығару керек.

Бір фотон бірінші айнада екіге бөлінеді немесе басқаша айтқанда толқындық қасиет көрсетеді. Содан кейін ол екі идеалды айнадан секіреді, төртінші жартылай мөлдір айнада өзіне қайтадан кедергі жасайды және ең соңында детекторлардың біріне соғылады. Әрбір нақты фотон үшін детекторлардың біреуі ғана жанады, бірақ тәжірибені бірнеше рет қайталасаңыз, екі детектордың көрсеткіштерінің кейбір тривиальды емес қатынасын аласыз. Бұл қатынас төртінші айнаға жеткен бөлшектің толқын тәрізді әрекет ететінін көрсетеді. Төртінші айна алынып тасталса, жауаптар арасындағы қатынас 50:50 болады. Алғашқы бөліну сәтінде бөлшек қай жолды таңдайтынын «шешіп» қойған сияқты.

Уилердің идеясы схемадағы төртінші айнаның пайда болуы фотон интерферометрге енгеннен кейін кездейсоқ сандар генераторымен шешілді, бірақ ол детекторлардың бірімен жұтылмас бұрын - кешіктірілген таңдау деп аталады. Осылайша, экспериментаторлар фотонды бақылау жүргізіліп жатқанын немесе жасалмағанын «білу» мүмкіндігінен айырады және сол арқылы оның «мінез-құлқын» - бөлшек немесе толқын ретінде көрінуін анықтайды. Алғаш рет бұл гипотетикалық схема 2007 жылы ғана жүзеге асырылды.

Мах-Зендер интерферометрінің схемасы

Сурет: Wikimedia Commons

Сол жақта Уилер тәжірибесінің классикалық схемасы. Оң жақта оның атомдардағы және лазерлік импульстарды қолданудағы жаңа енгізуі.

Сурет: Manning A.G. т.б.

Жаңа зерттеуде австралиялық физиктер көбірек массалық бөлшектерді - атомдарды қолданды, осылайша Уилердің тәжірибелік схемасын мүлдем жаңа жағдайларда сынады.

Ғалымдар өте суық гелий атомдарын оптикалық диполь тұзағынан бір-бірден босату арқылы пайдаланды. Ауырлық күшінің әсерінен атомдар микроарналық пластина түріндегі арнайы детекторға түсе бастады. Құлау басталғаннан кейін бір миллисекундтан кейін лазер сәулесі атомға «соқты», бұл оның әртүрлі бағыттарға бағытталған екі дипольдік моменттің суперпозициясын қабылдауына себеп болды. Бұл Уилердің «алғашқы айнасының» аналогы болды.

Содан кейін ғалымдар осы екі күйді қайта біріктіру үшін екінші лазерлік импульсті қолдану керек пе деп шешті. Жалпы алғанда, мұндай аралас күйдің екі нұсқасы болуы мүмкін: біріншісі екі толқынның қосындысы түрінде және екіншісі - айырмашылық түрінде. Олардың қайсысы пайда болатынын кванттық кездейсоқ сандар генераторы анықтады. Екінші лазерлік импульсті қолданғаннан кейін атомның екі күйдің қайсысында екенін нақты айту мүмкін болмады. Барлығы мыңнан астам осындай эксперименттік үлгілер жасалды.

Егер екінші лазерлік импульс берілмесе, дипольдік моменттердің әрқайсысын анықтау ықтималдығы 0,5 болатыны анықталды. Бұл кезде екінші лазерлік импульс әсер еткеннен кейін Юнг тәжірибесіндегідей синусоид түрінде көрсетілген айқын интерференциялық үлгі байқалды.

Осылайша, Нильс Бордың ұсынысы өлшеу жүргізілмей тұрып, сол немесе басқа әрекетті бөлшектерге - толқындар немесе бөлшектердің өздері ретінде - жатқызудың мағынасы жоқ екендігі расталды. Дегенмен, бөлшектердің болашақтан қандай да бір түрде ақпарат алатыны туралы тағы бір екіталай түсінік бар. Ол салыстырмалылық теориясы тұрғысынан мүмкін емес ақпаратты жарыққа қарағанда тезірек беруге болады деп болжайды.

• кванттық объект (электрон сияқты) бір уақытта бірнеше жерде болуы мүмкін. Оны кеңістікте таралған толқын ретінде өлшеуге болады және толқынның бірнеше түрлі нүктелерінде орналасуы мүмкін. Бұл толқындық қасиет деп аталады.
• кванттық объект осы жерде өмір сүруін тоқтатады және кеңістікте қозғалмай, өздігінен пайда болады. Бұл кванттық ауысу ретінде белгілі. Негізінен бұл телепортер.
• Біздің бақылауларымыздан туындаған бір кванттық объектінің көрінісі қаншалықты алыс болса да, онымен байланысты егіз объектіге өздігінен әсер етеді. Атомнан электрон мен протонды шығару. Электронмен не болса, протонмен де болады. Бұл «қашықтықтағы кванттық әрекет» деп аталады.
• кванттық объект біз оны бөлшек ретінде бақыламайынша кәдімгі кеңістік-уақытта өзін көрсете алмайды. Сана бөлшектің толқындық қызметін бұзады.

Соңғы нүкте қызық, өйткені толқынның құлауына себепші болатын саналы бақылаушы болмаса, ол физикалық көрініссіз қалады. Бақылау өлшенген объектіні алаңдатып қана қоймайды, әсер етеді. Бұл саналы бақылаушының болуы электронның әрекетін өзгертіп, оны толқыннан бөлшекке айналдыратын қос саңылау экспериментімен расталды. Бақылаушы эффектісі нақты әлем туралы білетінімізді толығымен шайқайды. Айтпақшы, мұнда бәрі анық көрсетілген мультфильм бар.

Ғалым Дин Радин атап өткендей, «Біз электронды белгілі бір позицияны алуға мәжбүрлейміз. Өлшеу нәтижелерін өзіміз шығарамыз». Енді олар «электронды өлшейтін біз емес, бақылаудың артында тұрған машина» деп сенеді. Бірақ машина біздің санамызды жай ғана толықтырады. «Көлден жүзіп өткенге мен емес, дүрбі қарап тұр» дегендей. Машинаның өзі дыбыстық сигналды интерпретациялау арқылы әндерді «тыңдай алатын» компьютерден артық емес көреді.

Кейбір ғалымдар сана болмаса, ғалам кванттық потенциал теңізі сияқты шексіз өмір сүрер еді деп болжайды. Басқаша айтқанда, физикалық шындық субъектіліксіз өмір сүре алмайды. Санасыз физикалық материя болмайды. Бұл ұғым «» деген атпен белгілі және оны алғаш рет физик Джон Уилер енгізген. Шын мәнінде, біз саналы бақылаушысыз елестете алатын кез келген мүмкін ғалам онымен бірге болады. Сана бұл жағдайда болмыстың негізі болып табылады және, мүмкін, физикалық ғалам пайда болғанға дейін болған. Сана сөзбе-сөз жасайды физикалық әлем.

Бұл тұжырымдар біздің қарым-қатынасымызды қалай түсінетінімізге үлкен әсер етеді сыртқы әлем, және біздің ғаламмен қандай қарым-қатынасымыз болуы мүмкін. Тірі тіршілік иелері ретінде біз бар нәрсеге және физикалық бар барлық нәрсенің негізіне тікелей қол жеткізе аламыз. Бұл бізге санаға мүмкіндік береді. «Біз шындықты жасаймыз» бұл контекстте біздің ойларымыз біздің әлемде қандай болатынымыз туралы перспективаны жасайтынын білдіреді, бірақ егер біз оған қарасақ, бұл процесті дәл түсіну біз үшін маңызды. Біз физикалық ғаламды субъективтілігімізбен жасаймыз. Ғаламның тіні - сана, ал біз ғалам теңізіндегі толқындармыз. Осындай өмірдің ғажайыбын бастан кешіру бақыты бұйырды, ал Ғалам өз санасының бір бөлігін бізге сіңіруді жалғастыруда.

«Мен сананы негізгі деп санаймын. Мен материя санадан алынған деп есептеймін. Біз ессіз қала алмаймыз. Біз айтатын барлық нәрсе, біз бар деп көретін барлық нәрсе сананы постулатады». - Макс Планк, Нобель сыйлығының лауреаты және кванттық теорияның бастаушысы.