Из чего состоит реальность? Ответ на этот вопрос, вероятно, сокрыт в квантовой механике – разделе физики, который описывает Вселенную на уровне элементарных частиц и их взаимодействий друг с другом. Знакомство с квантовым миром следует начинать с фундаментальных безмассовых частиц – фотонов, которые способны вести себя и как частица и как волна (но не одновременно). Этот принцип известен как корпускулярно-волновой дуализм, а в его основе лежат идеи Исаака Ньютона. В ХХ веке их развитие представил физик-теоретик Макс Планк, а усилия Нильса Бора (еще одного основоположника квантовой механики) привели к постулированию принципа дополнительности, согласно которому решающим звеном наблюдаемой картины является наблюдатель. Если он измеряет свойства квантового объекта как частицы, то свет ведет себя как частица и наоборот. Но почему? И что поведение крохотных частиц говорит о нашей реальности?
Простое наблюдение явления неизбежно изменяет его
Самые распространенные частицы природы, за исключением фотонов (частиц света) – это нейтрино. Они не имеют заряда и исходят от Солнца, а также от сверхновых и других космических событий. Более того, около триллиона нейтрино прямо сейчас проходят через вашу руку! Ученые выделяют несколько типов или разновидностей нейтрино: электронные, мюонные и тау-нейтрино, а также надеются на существование четвертого типа – «стерильных нейтрино». Если они действительно существуют, то помогли бы разрешить несколько фундаментальных загадок в физике, например, почему нейтрино имеют массу, в то время как теории предсказывают, что массы у этих частиц быть не должно? Стерильные нейтрино также связывают с таинственный субстанцией, которая заполняет 85% наблюдаемой Вселенной – темной материей, пронизывающей космос. Наличие этих загадочных частиц предсказывали ранее проведенные эксперименты, но вот незадача: теория также предсказывает возможное существование не только «стерильных» нейтрино, но и множества других, дополнительных частиц. Эти нейтрино могли бы взаимодействовать друг с другом посредством своих собственных тайных сил где-то на задворках Вселенной. Но обо всем по порядку.
Квантовый мир скрывает множество тайн, крохотную часть из которых мы пытаемся постичь
Гюйгенс рассматривал свет как распространение упругих волн в среде. При этом каждая точка фронта — поверхности, достигнутой волной, — является вторичным источником сферических волн, наблюдать которые можно только там, где проходит их огибающая поверхность или сам фронт волны. Однако эта теория не объясняла дифракцию света. Френель дополнил принцип Гюйгенса, введя понятия когерентности и интерференции, и с помощью новой теории смог объяснить все оптические явления того времени. за открытие закона фотоэффекта за общую теорию относительности за специальную теорию относительности за концепцию корпускулярно-волнового дуализма Если элементы двух разных систем независимы, то знание состоянии одного из них не даёт никакой информации о состоянии другого. Если мы знаем, что один из элементов — квадрат, то форму второго мы все еще не можем опредедить — и наоборот // Quantamagazine С точки зрения наблюдателя, который открыл коробку и обнаружил нераспавшееся ядро и живого кота, суперпозиция перестала существовать. Но для друга, наблюдающего за лабораторией издалека, она все еще существует, и он как бы находится в параллельной реальности. Если же он узнает результат эксперимента, то останутся другие друзья, для которых суперпозиция продолжит существовать. Таким образом, пока все люди во Вселенной не узнают об исходе, кот продолжит быть ни живым, ни мертвым.https://www.youtube.com/embed/mujNcrgdops?rel=0&showinfo=0&autoplay=0 Понятие «квант» в физике появилось благодаря работе Макса Планка В квантовой физике мы не можем точно знать все величины, которые описывают физическую систему Определения суперпозиции в классической и квантовой физике различаются Существует четкая граница между микро- и макромиром, где законы квантовой физики не работают
Над материалом работали
Гюйгенс рассматривал свет как распространение упругих волн в среде. При этом каждая точка фронта — поверхности, достигнутой волной, — является вторичным источником сферических волн, наблюдать которые можно только там, где проходит их огибающая поверхность или сам фронт волны. Однако эта теория не объясняла дифракцию света. Френель дополнил принцип Гюйгенса, введя понятия когерентности и интерференции, и с помощью новой теории смог объяснить все оптические явления того времени. за открытие закона фотоэффекта за общую теорию относительности за специальную теорию относительности за концепцию корпускулярно-волнового дуализма Если элементы двух разных систем независимы, то знание состоянии одного из них не даёт никакой информации о состоянии другого. Если мы знаем, что один из элементов — квадрат, то форму второго мы все еще не можем опредедить — и наоборот // Quantamagazine С точки зрения наблюдателя, который открыл коробку и обнаружил нераспавшееся ядро и живого кота, суперпозиция перестала существовать. Но для друга, наблюдающего за лабораторией издалека, она все еще существует, и он как бы находится в параллельной реальности. Если же он узнает результат эксперимента, то останутся другие друзья, для которых суперпозиция продолжит существовать. Таким образом, пока все люди во Вселенной не узнают об исходе, кот продолжит быть ни живым, ни мертвым.https://www.youtube.com/embed/mujNcrgdops?rel=0&showinfo=0&autoplay=0 Понятие «квант» в физике появилось благодаря работе Макса Планка В квантовой физике мы не можем точно знать все величины, которые описывают физическую систему Определения суперпозиции в классической и квантовой физике различаются Существует четкая граница между микро- и макромиром, где законы квантовой физики не работают
Но вернемся к нейтрино. В 1990-х годах во время экспериментов по изучению этих таинственных частиц произошло нечто странное: в детекторе появилось слишком много частиц. В 2002 году ученые начали еще один эксперимент, чтобы выяснить, что произошло. Это испытание также показало удивительные результаты — но по-другому.
Нейтрино – это загадочные квантовые частицы, которые имеют массу, но очень малы и их трудно измерить. Они удивительны, потому что масса, которую они содержат, не учитывается в Стандартной модели, описывающей субатомный мир.
Эти избыточные частицы в ранних экспериментах взволновали ученых. Дело в том, что они выглядели как возможные признаки существования так называемых «стерильных нейтрино», мешающих нормальным нейтринным ароматам (как их поэтично называют физики): стерильные нейтрино взаимодействовали бы с другими частицами только с помощью гравитации, тогда как известные три аромата нейтрино – с помощью слабого взаимодействия.
Физики поэтично называют разные типа кварков ароматами
И все же они могут оказывать влияние на другие нейтрино из-за странного свойства, которым обладают все эти частицы: способности «колебаться» или менять аромат. Частица, например, электронное нейтрино, может превратиться в тау или мюонное нейтрино, и наоборот. Обычно это преобразование происходит, когда нейтрино преодолевают определенное расстояние, но, похоже, оно происходит быстрее в других экспериментах.
Однако в 2013 году существование стерильных нейтрино было поставлено под сомнение, поскольку исследования, проведенные в Институте Макса Планка в Германии по ранней вселенной, не обнаружили их следов, как, например, объясняет в этой связи журнал Quanta.
Больше по теме: Физики открыли новую элементарную частицу – тетракварк
С тех пор появились предположения о возможности существования не одного стерильного, а множества дополнительных нейтрино, которые могли бы взаимодействовать друг с другом посредством своих собственных тайных сил в месте во Вселенной, которое мы до сих пор не знаем.
Что такое реальность?
Сегодня целый ряд научных теорий предполагает, что существование тех или иных объектов и даже самой Вселенной зависит исключительно от наблюдателя. К такому выводу недавно пришли физики из Австралийского национального университета, изложив полученные результаты в научном журнале Nature Physics.
Но противоречия на этом не заканчиваются. Так, результаты еще одной научной работы, опубликованной в 2022 году показали, что реальность существует вне нашего сознания и изменить ее мы не можем. В то же самое время физики из Федерального университета ABC (UFABC) в Бразилии предположили, что реальность существует “в глазах наблюдателя”. К такому выводу ученые пришли разработав математическую структуру, которая позволяет понять природу принципа дополнительности в результате изучения физической реальности.
Что такое реальность? И зависит ли ответ на этот вопрос от наблюдателя?
Наш главный вывод заключается в том, что физическая реальность в квантовом мире состоит из взаимоисключающих факторов, которые дополняют друг друга, – объясняют авторы научной работы.
В работе, опубликованной в журнале Communications Physics, исследователи также приводят слова знаменитого физика Ричарда Фейнмана: «Если вы думаете, что понимаете квантовую механику, то вы точно ее не понимаете».
Парадоксально, но странность, присущая этому разделу физики, может оказаться полезной наряду с развитием квантовых технологий, таких как компьютеры, датчики и тепловые устройства. И так как мы вступаем в новую, квантовую эпоху, многое о природе реальности еще предстоит узнать. В конечном итоге квантовая механика полна таинственных явлений.
Квантовая механика – фундаментальная физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (молекул, атомов, атомных ядер, частиц)
Словом, будущее нас ждет интересное. И так как свет может вести себя и как волна и как частица в зависимости от контекста, он по-прежнему остается одной из самых интригующих и красивых загадок квантовой механики. Увы, но на сегодняшний день единого ответа на вопрос о том, из чего состоит реальность и может ли она существовать без/с наблюдателем нет.
И если вы окончательно не запутались, рекомендуем обратить внимание на феномен, при котором квантовые состояния двух или более объектов оказываются взаимозависимыми. Заинтригованы? Тогда вам сюда!
Квантовая физика преподносит ученым все новые сюрпризы. Если раньше мы были уверены в том, что видим, то нынешние эксперименты показывают, что наша картина мира может рухнуть в любой момент. Более того, они подтверждают то, о чем твердят с древнейших времен многие духовные учения: наблюдаемый нами материальный мир иллюзорен.
Какие же именно выводы физиков переворачивают картину мира? И каково это – жить в квантовой реальности?
Мы – всего лишь часть Вселенной
Из квантовой теории получается, что все элементарные частицы, из которых состоит «материальный» мир, изначально, до наблюдения за ними, находятся в так называемом состоянии суперпозиции. Пока за фотоном или, например, электроном, никто не наблюдает, чтобы определить его местоположение, – частица находится везде одновременно. Звучит странно, но такое положение вещей – экспериментально подтвержденный факт. Пока элементарную частицу никто не ловит, она с определенной вероятностью находится во всей Вселенной одновременно. Или нигде.
Этой частицы нет как локального элемента нашей реальности. Она проявляется как конкретный объект в пространстве и времени, лишь когда мы начинаем ее наблюдать. Наблюдение – это попытка каким-то образом определить местоположение частицы в пространстве. А до момента наблюдения электрон или любая другая элементарная частица представляет собой квантовый объект. То есть, не частичку материи, а облако вероятностей размером со всю Вселенную. Потенциальную возможность оказаться в том или ином месте.
Экспериментально установлено, что в состоянии суперпозиции при отсутствии наблюдения находятся не только элементарные частицы, но и макрообъекты.
Молекулы вещества в этих экспериментах из «материальных» тел превращаются в волны, проявляя квантовые свойства. То есть, молекулы также не существуют сами по себе, вне наблюдения за ними.
Еще один экспериментально подтвержденный ключевой вывод квантовой механики – это наличие фундаментального единства мира. Физики называют это нелокальностью. Дело в том, что эксперименты доказали существование квантовой запутанности. Это явление заключается в следующем: между двумя когда-либо взаимодействовавшими элементарными частицами устанавливается связь. Одна частица каким-то непостижимым образом знает о том, что происходит с другой. Каждая частица обладает определенными характеристиками. Например, электрон вращается вокруг своей оси (спин). Она может быть направлена по часовой стрелке или против нее. И пока мы не поймаем частицу, этой характеристики просто не существует. Она, как и сам электрон – только вероятность, существующая в квантовой реальности.
Однако, поймав электрон и измерив его спин, можно быть совершенно точно уверенным в том, что спин его партнера будет противоположным. Пронаблюдав одну частицу, мы словно извлекаем запутанную с ней частицу из квантовой реальности в наш «материальный» мир. Более того, игнорируется даже время: информация может передаваться в прошлое.
Квантовая механика теоретически предсказывала возможность такой связи. Доказана она была в 1982 г. Объясняется все довольно просто. На уровне квантовой реальности эти частицы не разъединены между собой, а представляют собой единое целое, как бы далеко они не находились друг от друга в нашем пространстве.
С точки зрения квантовой механики, пространство в этой реальности имеет бесконечное количество измерений. То есть, фактически пространства нет.
Поскольку пространство и время представляют собой единый континуум, то понятие времени в квантовой реальности также отсутствует. Соответственно, видимый материальный мир – лишь одна из материализованных возможностей, проекций квантовой реальности.
Нужен наблюдатель
Каким же образом из квантовой реальности возникает наш мир? И действительно ли реальность появляется лишь в процессе наблюдения за ней? Насколько принципиальна роль наблюдателя? Последние опыты квантовой механики дают ответ: эта роль действительно принципиальна. Только наблюдателем не обязательно должен быть человек или созданные им приборы. Окружающее пространство – такой же наблюдатель! Как только у окружающей среды появляется возможность определить местоположение и траекторию движения элементарной частицы или даже молекулы в пространстве – она немедленно перестает быть квантовым объектом и проявляется как материальный объект.
Квантовая физика сейчас смогла дать ответ на знаменитый вопрос Эйнштейна: «Неужели Луна существует, лишь когда на нее смотрят?» Согласно теории квантовой реальности, если Луну удастся изолировать так, чтобы ни один метеорит, луч света или частичка космической пыли не взаимодействовала с ней – она из нашей реальности исчезнет.
У каждого своя правда
Квантовая реальность также говорит нам и о том, что истин может быть много, а не одна. Это подтверждает эксперимент друга Вигнера. Мы привыкли, что если в макромире происходит какое-то явление, а видеть его могут сразу несколько человек, то впечатления о нем у всех будут практически одинаковые, если дело касается фактической информации, а не эмоциональной. Но в квантовом мире все не так просто: для двух разных наблюдателей один квантовый процесс может иметь совершенно разный результат. И, как оказывается, фактическая информация каждого из них будет верна.
Этот парадокс впервые описал физик Юджин Вигнер. Он немного усложнил мысленный эксперимент Шредингера с котом, добавив в него категорию друзей. Согласно парадоксу друга Вигнера, представим, что после завершения опыта с котом Шредингера экспериментатор открывает коробку и видит живого кота. Вектор состояния животного в момент открытия коробки переходит в состояние «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, в лаборатории он признан живым. Но за пределами лаборатории находится друг. Он еще не знает, жив кот или нет, и признает кота живым только тогда, когда экспериментатор сообщит ему исход эксперимента. Но все остальные друзья еще не признали кота живым и признают только тогда, когда им расскажут об этом. Таким образом, кота можно признать полностью живым только тогда, когда все люди во Вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента кот остается в суперпозиции двух состояний — между жизнью и смертью.
Этот сценарий долго был интересным мысленным экспериментом. Но отражает ли он реальность? С научной точки зрения, прогресс в этом направлении был незначительным вплоть до недавнего времени, когда Часлав Брюкнер из Венского университета показал, что при определенных допущениях идея Вигнера может быть использована для формального доказательства того, что измерения в квантовой механике субъективны для наблюдателей. Брюкнер предложил способ проверки этого понятия, переведя парадокс друга Вигнера в рамки, впервые установленные физиком Джоном Беллом в 1964 г. Брюкнер рассматривал две пары Вигнеров и их друзей, находящихся в двух отдельных помещениях и проводящих измерения: Вигнеры находились внутри, а друзья ждали и гадали снаружи. Результаты измерений каждой пары можно суммировать, чтобы в итоге решить неравенство Белла. Если оно нарушится, наблюдатели могут иметь разные результаты измерений, каждый из которых будет верен.
Теперь физики впервые провели этот мысленный эксперимент в реальном мире. Для этого они использовали квантовый компьютер и три пары запутанных фотонов. Первая пара представляет собой монеты, а две другие используются для их «подбрасывания» — измерения поляризации. При этом каждая «монета» находится в своем замкнутом сосуде, где, помимо нее, присутствует «бросающий» фотон. Снаружи этих двух коробок расположены еще два фотона, которые выполняют функцию «друзей-наблюдателей».
Несмотря на использование самой современной квантовой технологии, ученым потребовались недели, чтобы собрать достаточный объем данных из шести фотонов. В конце концов, они показали, что неравенство Белла нарушается, следовательно, каждый из наблюдателей квантового явления может иметь свои альтернативные факты. Это означает, что для квантового мира не может быть одной правды: измерения с разных позиций дадут различающиеся результаты и будут одинаково верны. Таким образом, квантовая физика еще раз доказала, что объективной реальности не существует.
По материалам Novmir.info, Naked-science.ru
В поисках стерильного нейтрино
Детектор нейтрино LSND, расположенный в Национальной лаборатории Лос-Аламоса и мини-ускоритель нейтрино MiniBooNE в Национальной ускорительной лаборатории Ферми (Fermilab) позволили исследователям прийти к удивительным выводам.
Более двадцати лет физики ищут таинственное стерильное нейтрино
Интересный факт Ранее считалось, что мюонные нейтрино могут превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино – этот процесс может происходить быстрее, чем простое переключение мюонного аромата на электронный.
В своих экспериментах физики генерируют поток мюонных нейтрино и направляют их на детектор, расположенный на расстоянии 470 метров. Детектор – гигантский резервуар, заполненный 170 метрическими тоннами чистого жидкого аргона – ждет, чтобы поймать нейтрино в момент столкновения с ядром одного из атомов аргона. Такие столкновения крайне редки, и единственными их признаками являются вторичные частицы, образующиеся в результате взаимодействия.
Как пишет Scientific American, ученые объявили о результатах, полученных с помощью детектора MicroBooNE 27 октября, заявив, что не увидели никаких признаков, свидетельствующих о наличии дополнительных частиц.
Да, это немного странно, – говорит представитель MicroBooNE Бонни Флеминг из Йельского университета. « В более ранних экспериментах наблюдались дополнительные частицы, похожие на электроны или фотоны», – отмечает он.
Детектор элементарных частиц MicroBooNE
Однако MicroBooNE может гораздо точнее определить направление движения частиц и энергию, которую выделяют частицы. Это означает, что физики могут решить, является ли что-то электроном или фотоном. Настоящий триумф эксперимента заключается в том, что технология работает настолько хорошо.
Тем не менее, исследователи практически уверены в том, что там, где они искали, нет лишних электронов или фотонов, что ослабляет надежды на обнаружение стерильных нейтрино. Если бы мюонные нейтрино могли быстро превращаться в стерильные нейтрино, а затем в электронные нейтрино, электроны появились бы в детекторе.
Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино
Но если нет лишних электронов или фотонов, то что это за избыточные частицы, которые были зарегистрированы LSND и MiniBooNE? Один из вариантов ответа заключается в том, что необъяснимые столкновения нейтрино на самом деле не происходили ни в одном из предыдущих экспериментов и что в случае с MiniBooNE исследователи просто пропустили некоторые помехи внутри детектора в ходе эксперимента.
Детектор находится недостаточно далеко от своего источника, чтобы возникло обычное колебание мюонного нейтрино в электронное нейтрино.
Другие соглашаются. « Очень маловероятно, что в детекторе произошла какая-то ошибка», – рассказал журналистам физик-теоретик Северо-Западного университета Андре де Гувеа. Должен быть новый источник либо электронов, либо фотонов, либо чего-то похожего на электроны или фотоны. Возможно, говорит он, происходит что-то более сложное.
Эти частицы могут распадаться на другие — например, на обычное нейтрино и нечто экзотическое, например «темный фотон» (двоюродный брат обычных фотонов, физики предполагают его существование, однако никаких доказательств их существования на сегодняшний день нет).
Дуализм и эффект наблюдателя
Днем рождения квантовой механики считается 14 декабря 1900 года. В этот день на заседании Берлинского физического общества будущий лауреат Нобелевской премии Макс Планк ввел понятие кванта – неделимой порции определенной величины (преимущественно энергии). Это фундаментальное открытие квантовых свойств теплового излучения положило начало многочисленным дискуссиям о природе света, который долгое время считался самой большой загадкой физики.
Широкое обсуждение свойств света в конечном итоге привело к формулировке принципа корпускулярно-волнового дуализма, а также эффекта наблюдателя. О последнем говорил еще в 1801 году Томас Юнг, после того, как провел свой знаменитый эксперимент.
Опыт Юнга – конструкция с двумя узкими щелями, через которые проходили лучи света и попадали на лист бумаги, охватывая его целиком. Темные и светлые полосы, которые в результата эксперимента увидел Юнг, означали наличие у света интерференции – явления, при котором световые волны накладываются друг на друга и приводят к перераспределению интенсивности света.
Двухщелевой опыт демонстрирует, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц
В ходе работы Юнг обнаружил, что даже пассивное наблюдение за квантовыми объектами фактически может изменить результат измерения. Так миру явился эффект наблюдателя, причиной которого является двойственная природа элементарных частиц, а наше представление о реальности с тех самых пор буквально трещит по швам.
Из чего состоит все вокруг?
С точки зрения физики мы состоим из кварков и лептонов. Как объясняет в своем видео для Пост-Науки доктор физико-математических наук Данилов Михаил Владимирович, нейтроны состоят из u-кварков и d-кварков и составляют атомные ядра. Из атомных ядер и электронов образуются атомы, которые затем объединяются в молекулы, образуя абсолютно все, что мы видим вокруг себя.
Согласитесь, довольно простая картина. Электроны в атомах удерживаются за счет электромагнитного взаимодействия, а его переносчик – фотоны. Кварки внутри протона и нейтрона удерживаются за счет сильного взаимодействия, переносчиками которого появляются глюоны.
За счет сильного взаимодействия протоны и нейтроны удерживаются в ядре атома, а слабое взаимодействие ответственно за переход нейтрона в протон, электрон и антинейтрино. Тут, однако, необходимо отметить, что у каждой частицы есть своя античастица, которая отличается от частицы отрицательным зарядом, – отмечает Данилов.
Но несмотря на столь элегантную и простую на первый взгляд картину, природа не так проста. И доказательством тому служит существование еще одного набора кварков и лептонов, которые физики называют поколениями. Интересно, что эти частицы тяжелее обыкновенных кварков и лептонов, но вокруг нас их нет. Они возникают лишь в редких случаях.
Итак, что мы в итоге знаем о Вселенной?
В природе существуют кварки и лептоны. Кварки принимают участие в сильном взаимодействии, лептоны – нет.
По сути, эти крошечные частицы – фундамент всего, что мы видим. Обнаруженный в 2012 году Бозон Хиггса, кажется, завершил картину, так как именно он дает массу всем остальным частицам Стандартной модели. Подробнее о том, что такое Стандартная модель и как физики дробят материю на атомы, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению.
Причем здесь темная материя?
И все же, стерильные нейтрино остаются привлекательной перспективой для физиков. Они, вероятно, являются побочным продуктом теорий, пытающихся объяснить, почему нейтрино вообще имеют массу. Более того, эти таинственные частицы могут помочь объяснить, что такое темная материя.
Дело в том, что некоторые виды стерильных нейтрино сами могут быть кандидатами на темную материю, или же быть частью «темного сектора», в котором частица темной материи оказывается связана со стерильными нейтрино или распадается на них. И выяснение того, что происходит в этих экспериментах с нейтрино, может стать первым шагом к ответу на эти более масштабные вопросы.
Это действительно интересно, потому что все очевидные возможности уже проверены, – считают исследователи.
Так как темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие с фотонами света, наблюдать ее непосредственно невозможно
Вам будет интересно: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?
Как предложил Джанет Конрад, физик из Массачусетского технологического института (MIT), и Карлос Аргуэльес-Дельгадо, физик из Гарвардского университета, стерильные нейтрино могут распадаться на набор невидимых частиц: они подтвердили бы существование темного сектора, выведенного в качестве альтернативы невозможности обнаружения «неповрежденных» стерильных нейтрино.
Напомню, что темная материя не состоит из обычных частиц, таких как электроны, протоны или электроны, поэтому считается, что она должна состоять из частицы, не распознаваемой Стандартной моделью.
Исторически стерильные нейтрино были кандидатами для объяснения состава темной материи, поэтому проверка того, что они доминируют в темном секторе с помощью невидимых частиц, которые являются их прямыми потомками, также объяснило бы, почему Вселенная находится в постоянном расширении.
Возможно, ученые вскоре обнаружит нечто такое, что навсегда изменит современную физику
Больше по теме: Ученые считают, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении
Квантовый друг
Итак, существование разнообразных объектов (и даже самой Вселенной) зависит от наблюдателя, что кажется безумием. Однако на квантовом уровне все действительно так – реальности не существует, если мы на нее не смотрим. В жизни все, разумеется, иначе – Луна, например, никуда не исчезнет если на нее не смотреть.
Частицы могут находиться в нескольких местах или состояниях одновременно. Эту особенность физики называют квантовой суперпозицией.
В 1961 году физик Юджин Вигнер провел интересный мысленный эксперимент. Он хотел понять что произойдет если применить квантовую механику к наблюдателю, за которым наблюдают. Представим, что в закрытой лаборатории находится Вигнер и его друг, который подбрасывает квантовую монету. Каждый раз монета может упасть как орлом, так и решкой, а значит каждый раз ученые будут наблюдать определенный результат.
Кстати, парадокс Вигнера представай являет собой усложненный эксперимент кота Шредингера.
Позже, когда Вигнер и его друг сравнят записи, друг будет настаивать на том, что видел определенные результаты после каждого броска. Сам Вигнер, однако, не сможет с ним согласиться, так как наблюдал и друга и монету в суперпозиции.
Больше по теме: Парадокс Вигнера: что нужно знать о двойственности реальности?
Из этой головоломки следует, что реальность, воспринимаемая другом, не согласуется с реальностью Вигнера. Первое время физик не считал это большим парадоксом, утверждая, что описывать наблюдателя как квантовый объект попросту абсурдно. И все же со временем он поменял свою точку зрения.
Кстати, по мнению Эйнштейна квантовые состояния имеют собственную реальность вне зависимости от воздействия на них человека. Его коллега и оппонент, выдающийся физик Нильс Бор и вовсе считал, что предсказать ход дальнейших событий в квантовой реальности невозможно.
Формирует ли наблюдатель реальность?
Еще интереснее выглядят результаты работы, опубликованной в журнале Science Advances в 2019 году. В ней физики предположили, что объективной реальности не существует вовсе а также пришли к выводу, что в микромире атомов и частиц факты могут быть субъективными, а наблюдатели – могущественными. Интересно, что игнорировать эффект наблюдателя нельзя, так как это может привести к ошибкам в экспериментах на макроскопическом уровне, где квантовые эффекты попросту не будут заметны.
Интересный факт Чтобы описать взаимодействие элементарных частиц физики используют волновую функцию – состояние квантовомеханической системы, которая позволяет получить максимально полные данные о ней. Подробнее об этой сверхъестественной особенности мы рассказывали здесь, не пропустите.