Учёные доказали, что реальность зависит от наблюдателя, а не существует объективно

Мы привыкли, что существует понятие "объективной реальности". Конечно, у каждого из нас есть свои представления об окружающем мире, но всё-таки какая-то "общая" реальность, вроде бы, должна быть! Увы, это, по-видимому, не так.

Недавнее исследование учёных из Федерального университета ABC (UFABC) в Сан-Паулу (Бразилия) показывает, что какая бы то ни было реальность возникает только, когда она зафиксирована наблюдателем. Итоги работы были опубликованы в журнале Communications Physics.

Принцип Бора

Задачей бразильских специалистов было проверить "принцип дополнительности", предложенный в 1928 году знаменитым датским физиком Нильсом Бором. Согласно ему, одинаковые объекты обладают взаимодополняющими свойствами, которые невозможно наблюдать или измерить одновременно. К примеру, если вы проводите эксперимент с двумя электронами, вы сможете определить положение в пространстве только одного из них.

Кстати, ещё в 1927 году в Брюсселе во время пятой Солвейской конференции физиков и химиков состоялся спор между Бором и Альбертом Эйнштейном. Речь шла о квантовой теории, которая тогда только зарождалась.

Эйнштейн настаивал на том, что квантовые состояния частиц обладают собственной реальностью, не зависящей от воздействия операторов. Бор же утверждал, что квантовые системы получают свою собственную реальность только после создания экспериментальной модели, то есть после того как учёные начнут с ними работать.

"Бог не играет в кости", — возразил ему Эйнштейн. "Система ведёт себя как волна или частица в зависимости от контекста, но вы не можете предсказать, что она будет делать", — парировал Бор, имея в виду выдвинутую ранее, в 1924 году, дуалистическую концепцию французского физика Луи де Бройля, суть которой заключалась в том, что материя может в один момент времени выглядеть как волна, а в другой — как частица.

Уилер и другие

Впоследствии Бор, так и не согласившийся с Эйнштейном, смог подробно сформулировать свой принцип дополнительности, и этим предоставил другим учёным пищу для многочисленных опытов, призванных подтвердить или опровергнуть его гипотезу.

Так, в 1978 году американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер попытался переосмыслить проведённый в 1801 году Томасом Янгом эксперимент по изучению свойств света с помощью двойной щели.

В ходе этого опыта операторы направляли свет на стену, в которой были проделаны две параллельные щели. Когда световые лучи проходили через одну из них, в результате дифракции они накладывались на свет из другой щели, интерферируя с ним. Это означало, что свет двигался волнами. Получается, что он одновременно имеет природу частицы и волны.

Уилер же использовал для исследований прибор, работающий в двух режимах измерения: волн и частиц. Его исследования лишь подтвердили принцип дополнительности Бора.

Однако, более поздние исследователи, пытавшиеся применить принцип квантовой суперпозиции к экспериментам с частицами, обнаружили, что они могут демонстрировать гибридное поведение, скажем, накладываться друг на друга в виде волн, а вовсе не дополнять друг друга.

Законы квантового мира

Чего же удалось в итоге добиться современным бразильским учёным?

"В эксперименте мы использовали методы ядерного магнитного резонанса, аналогичные тем, которые применяются в медицинской визуализации, — поясняет руководитель команды специалистов Роберто М. Серра, исследователь квантовых информационных наук и технологий в UFABC. — Такие частицы, как протоны, нейтроны и электроны, обладают ядерным спином, который является магнитным свойством, аналогичным ориентации иглы компаса. Мы манипулировали ядерными спинами различных атомов в молекуле с помощью электромагнитного излучения. В этой установке мы создали новое интерференционное устройство для ядерного спина протона, чтобы исследовать его волновую и частичную реальность в квантовой области".

По словам коллеги Серра, научного сотрудника Международного центра теории квантовых технологий (ICTQT) Педро Руаса Диегеса, опыты дали примерно такую же наблюдаемую статистику, как и предыдущие, но при этом они подтвердили принцип дополнительности Бора.

Вместе с тем, тот факт, что частица материи в определённых ситуациях может вести себя как волна, а свет — как частица, всё ещё остается одной из самых интригующих загадок квантовой физики. Получается, что реальность действительно зависит от наблюдателя, а не существует объективно, и это в какой-то степени расширяет наши возможности.

"Чем больше мы разгадываем квантовую механику, тем больше мы можем предложить революционных квантовых технологий, превосходящих свои классические аналоги, включая квантовые компьютеры, квантовую криптографию, квантовые датчики и квантовые тепловые устройства", — констатирует Серра.