Применение квантовой физики. Основы квантовой физики: понятия, законы, связь с сознанием

Никто в этом мире не понимает, что такое квантовая механика. Это, пожалуй, самое главное, что нужно знать о ней. Конечно, многие физики научились использовать законы и даже предсказывать явления, основанные на квантовых вычислениях. Но до сих пор неясно, почему наблюдатель эксперимента определяет поведение системы и заставляет ее принять одно из двух состояний.

Перед вами несколько примеров экспериментов с результатами, которые неизбежно будут меняться под влиянием наблюдателя. Они показывают, что квантовая механика практически имеет дело с вмешательством сознательной мысли в материальную реальность.

Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики , но Копенгагенская интерпретация, пожалуй, является самой известной. В 1920-х ее общие постулаты были сформулированы Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом.

В основу Копенгагенской интерпретации легла волновая функция. Это математическая функция, содержащая информацию о всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она существует одновременно. Как утверждает Копенгагенская интерпретация, состояние системы и ее положение относительно других состояний может быть определено только путем наблюдения (волновая функция используется только для того, чтобы математически рассчитать вероятность нахождения системы в одном или другом состоянии).

Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической и немедленно прекращает свое существование в других состояниях, кроме того, в котором была замечена. Такой вывод нашел своих противников (вспомните знаменитое эйнштейновское «Бог не играет в кости»), но точность расчетов и предсказаний все же возымели свое.

Тем не менее число сторонников Копенгагенской интерпретации снижается, и главной причиной этого является таинственный мгновенный коллапс волновой функции в ходе эксперимента. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедным котиком должен продемонстрировать абсурдность этого явления. Давайте вспомним детали.

Внутри черного ящика сидит черный кот и вместе с ним флакон с ядом и механизм, который может высвободить яд случайным образом. Например, радиоактивный атом во время распада может разбить пузырек. Точное время распада атома неизвестно. Известен только период полураспада, в течение которого распад происходит с вероятностью 50%.

Очевидно, что для внешнего наблюдателя кот внутри коробки находится в двух состояниях: он либо жив, если все пошло хорошо, либо мертв, если распад произошел и флакон разбился. Оба этих состояния описываются волновой функцией кота, которая меняется с течением времени.

Чем больше времени прошло, тем больше вероятность того, что радиоактивный распад случился. Но как только мы открываем коробку, волновая функция коллапсирует, и мы сразу же видим результаты этого бесчеловечного эксперимента.

На самом деле, пока наблюдатель не откроет коробку, кот будет бесконечно балансировать между жизнью и смертью, или будет одновременно жив и мертв. Его судьба может быть определена только в результате действий наблюдателя. На этот абсурд и указал Шредингер.

Согласно опросу знаменитых физиков, проведенному The New York Times, эксперимент с дифракцией электронов является одним из самых удивительных исследований в истории науки. Какова его природа? Существует источник, который излучает пучок электронов на светочувствительный экран. И есть препятствие на пути этих электронов, медная пластина с двумя щелями.

Какую картинку можно ожидать на экране, если электроны обычно представляются нам небольшими заряженными шариками? Две полосы напротив прорезей в медной пластине. Но на самом деле на экране появляется куда более сложный узор из чередующихся белых и черных полос. Это связано с тем, что при прохождении через щель электроны начинают вести себя не только как частицы, но и как волны (так же ведут себя фотоны или другие легкие частицы, которые могут быть волной в то же время).

Эти волны взаимодействуют в пространстве, сталкиваясь и усиливая друг друга, и в результате сложный рисунок из чередующихся светлых и темных полос отображается на экране. В то же время результат этого эксперимента не изменяется, даже если электроны проходят один за одним — даже одна частица может быть волной и проходить одновременно через две щели. Этот постулат был одним из основных в Копенгагенской интерпретации квантовой механики, когда частицы могут одновременно демонстрировать свои «обычные» физические свойства и экзотические свойства как волна.

Но как насчет наблюдателя? Именно он делает эту запутанную историю еще более запутанной. Когда физики во время подобных экспериментов попытались определить с помощью инструментов, через какую щель фактически проходит электрон, картинка на экране резко изменилась и стала «классической»: с двумя освещенными секциями строго напротив щелей, безо всяких чередующихся полос.

Электроны, казалось, не хотят открывать свою волновую природу бдительному оку наблюдателей. Похоже на тайну, покрытую мраком. Но есть и более просто объяснение: наблюдение за системой не может осуществляться без физического влияния на нее. Это мы обсудим позже.

2. Подогретые фуллерены

Эксперименты по дифракции частиц проводились не только с электронами, но и другими, гораздо более крупными объектами. Например, использовались фуллерены, большие и закрытые молекулы, состоящие из нескольких десятков атомов углерода. Недавно группа ученых из Венского университета под руководством профессора Цайлингера пыталась включить элемент наблюдения в эти эксперименты. Чтобы сделать это, они облучали движущиеся молекулы фуллеренов лазерными лучами. Затем, нагретые внешним источником, молекулы начинали светиться и неизбежно отображать свое присутствие для наблюдателя.

Вместе с этим нововведением изменилось и поведение молекул. До начала такого всеобъемлющего наблюдения фуллерены довольно успешно избегали препятствия (проявляя волновые свойства), аналогично предыдущему примеру с электронами, попадающими на экран. Но с присутствием наблюдателя фуллерены стали вести себя как совершенно законопослушные физические частицы.

3. Охлаждающее измерение

Одним из самых известных законов в мире квантовой физики является принцип неопределенности Гейзенберга , согласно которому невозможно определить скорость и положение квантового объекта одновременно. Чем точнее мы измеряем импульс частицы, тем менее точно мы можем измерить ее позицию. Однако в нашем макроскопическом реальном мире обоснованность квантовых законов, действующих на крошечные частицы, обычно остается незамеченной.

Недавние эксперименты профессора Шваба из США вносят весьма ценный вклад в эту область. Квантовые эффекты в этих экспериментах были продемонстрированы не на уровне электронов или молекул фуллеренов (примерный диаметр которых составляет 1 нм), а на более крупных объектах, крошечной алюминиевой ленте. Эта лента была зафиксирована с обеих сторон так, чтобы ее середина находилась в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом было помещено устройство, способное точно записывать положение ленты. В результате эксперимента обнаружилось несколько интересных вещей. Во-первых, любое измерение, связанное с положением объекта, и наблюдение за лентой влияло на нее, после каждого измерения положение ленты изменялось.

Экспериментаторы определили координаты ленты с высокой точностью, и таким образом, в соответствии с принципом Гейзенберга, изменили ее скорость, а значит и последующее положение. Во-вторых, что было довольно неожиданным, некоторые измерения привели к охлаждению ленты. Таким образом, наблюдатель может изменить физические характеристики объектов одним своим присутствием.

4. Замерзающие частицы

Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются не только в экспериментах с котами, но и сами по себе. Каждая частица имеет средний срок жизни, который, как выясняется, может увеличиться под бдительным оком наблюдателя. Этот квантовый эффект был предсказан еще в 60-х годах, а его блестящее экспериментальное доказательство появилось в статье, опубликованной группой под руководством нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.

В этой работе изучался распад нестабильных возбужденных атомов рубидия. Сразу после подготовки системы атомы возбуждались с помощью лазерного луча. Наблюдение проходило в двух режимах: непрерывном (система постоянно подвергалась небольшим световым импульсам) и импульсном (система время от времени облучалась более мощными импульсами).

Полученные результаты полностью соответствовали теоретическим предсказаниям. Внешние световые эффекты замедляют распад частиц, возвращая их в исходное состояние, которое далеко от состояния распада. Величина этого эффекта также совпадала с прогнозами. Максимальный срок существования нестабильных возбужденных атомов рубидия увеличивался в 30 раз.

5. Квантовая механика и сознание

Электроны и фуллерены перестают показывать свои волновые свойства, алюминиевые пластинки остывают, а нестабильные частицы замедляют свой распад. Бдительное око наблюдателя буквально меняет мир. Почему это не может быть доказательством причастности наших умов к работе мира? Возможно, Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийский физик, лауреат Нобелевской премии, пионер квантовой механики) были правы, в конце концов, когда заявили, что законы физики и сознания следует рассматривать как дополняющие одно другое?

Мы находимся в одном шаге от признания того, что мир вокруг нас — просто иллюзорный продукт нашего разума . Идея страшная и заманчивая. Давайте попробуем снова обратиться к физикам. Особенно в последние годы, когда все меньше и меньше людей верят Копенгагенской интерпретации квантовой механики с ее загадочными коллапсами волновой функции, обращаясь к более приземленной и надежной декогеренции.

Дело в том, что во всех этих экспериментах с наблюдениями экспериментаторы неизбежно влияли на систему. Они зажигали ее с помощью лазера и устанавливали измерительные приборы. Их объединял важный принцип: вы не можете наблюдать за системой или измерять ее свойства, не взаимодействуя с ней. Любое взаимодействие есть процесс модификации свойств. Особенно когда крошечная квантовая система подвергается воздействию колоссальных квантовых объектов. Некий вечно нейтральный буддист-наблюдатель невозможен в принципе. И здесь в игру вступает термин «декогеренция», который является необратимым с точки зрения термодинамики: квантовые свойства системы меняются при взаимодействии с другой крупной системой.

Во время этого взаимодействия квантовая система теряет свои первоначальные свойства и становится классической, словно «подчиняясь» крупной системе. Это объясняет и парадокс кота Шредингера: кот — это слишком большая система, поэтому ее нельзя изолировать от остального мира. Сама конструкция этого мысленного эксперимента не совсем корректна.

В любом случае, если допустить реальность акта творения сознанием, декогеренция представляется гораздо более удобным подходом. Возможно, даже слишком удобным. При таком подходе весь классический мир становится одним большим следствием декогеренции. И как заявил автор одной из самых известных книг в этой области, такой подход логически приводит к заявлениям типа «в мире нет частиц» или «нет времени на фундаментальном уровне».

В чем правда: в создателе-наблюдателе или мощной декогеренции? Нам нужно выбрать между двух зол. Тем не менее ученые все больше убеждаются в том, что квантовые эффекты — проявление наших психических процессов. И то, где заканчивается наблюдение и начинается реальность, зависит от каждого из нас.

По материалам topinfopost.com

Начиная отвечать на этот вопрос, я не могу избавиться от мысли, что не смогу дать вам полного представления о квантовой физике, и не потому, что вы гуманитарий, а потому, что это очень глубокая тема.

Итак, до начала 20-го века в физике главенствовала механика Ньютона, в которой пространство и время полагались абсолютными, не изменяемыми и существующими как бы отдельно от материального мира. Изменение любых величин (например, энергии и импульса) всегда полагались непрерывными. Наиболее ёмко описывающая механику Ньютона идея - это детерминизм Лапласа (почитайте на вики). Изменилось всё с приходом Макса Планка и его дерзкой идеи рассматривать энергию не как непрерывную величину, а как квантованную, т.е. изменяющуюся дискретно (скачками). Такое представление позволило ответить на вопрос, почему электрон не падает на ядро, и вместе с тем привело к постулатам Бора, о том, что атомы могут долго пребывать только в стационарных состояниях с определенной энергией, а поглощать и испускать энергию только порциями (квантами).

Квантовая физика использует совершенно другой способ описания объектов и другой математический аппарат. Если в классической физике можно запросто находить координаты, траектории, импульсы объектов, просто измеряя их приборами, то в квантовой физике все эти величины носят вероятностный характер! Ищется координата с помощью волновой функции, квадрат плотности которой представляет собой плотность вероятности нахождения частицы в какой-либо точке пространства. В квантовой физике нет траекторий, как в классической. Вернее даже так: траектории есть, но объект движется по всем траекториям сразу с различной вероятностью.

Всем величинам в классической физике поставлены в соответствие операторы в квантовой физике. А всем значениям (числа), которые могут принимать эти величины, поставлены в соответствие собственные значения операторов(числа). Операторы - это просто правила по которым одной функции ставится в соответствие другая функция. То есть, если нам нужно получить значение энергии системы, то в классической физике мы просто его измерим, а в квантовой физике подействуем оператором полной энергии на волновую функцию системы и получим собственное значение оператора. Так как в волновой функции содержится вся информация о чистом состоянии системы, а извлечь эту информацию можно, применяя к функции различные операторы.

В квантовой физике существует принцип неопределенности, который гласит, что нельзя измерить одновременно некоторые величины, такие как, например, импульс и координата, энергия и время измерения энергии. Максимальное уточнение одного параметра приводит к все более расплывчатой информации о другом. Этот принцип можно описать так, будто бы когда мы загоняем природу в очень маленькое пространство и пытаемся исследовать, она начинает бесноваться и не дает это сделать! Поэтому на больших масштабах никаких квантовых эффектов нет.

Еще одна важная особенность: любая квантовая система как бы живет в неопределенном состоянии, и как только над ней проводится измерение, её волновая функция схлопывается и система приходит навсегда в конкретное определенное состояние. В классической же физике все системы всегда пребывают в каком-то конкретном состоянии. Сколько бы мы не проводили эксперимент по бросанию мяча в одном и том же направлении, результат всегда будет одинаков, а в квантовой физике нет.

WikiHow работает по принципу вики, а это значит, что многие наши статьи написаны несколькими авторами. При создании этой статьи над ее редактированием и улучшением работали, в том числе анонимно, 11 человек(а).

Квантовая физика (она же квантовая теория или квантовая механика) – это отдельное направление физики, которое занимается описанием поведения и взаимодействия материи и энергии на уровне элементарных частиц, фотонов и некоторых материалов при очень низких температурах. Квантовое поле определяется как «действие» (или в некоторых случаях угловой момент) частицы, что по размеру находится в пределах величины крошечной физической константы, которая называется постоянной Планка.

Шаги

постоянная Планка

Начните с изучения физического понятия постоянной Планка. В квантовой механике, постоянная Планка – это квант действия, обозначается как h . Аналогично, для взаимодействующих элементарных частиц, квант момента импульса - это приведенная постоянная Планка (постоянная Планка поделенная на 2 π) обозначается как ħ и называется «h с чертой». Значение постоянной Планка чрезвычайно мало, она объединяет те моменты импульса и обозначения действий, что имеют более общую математическую концепцию. Название квантовая механика подразумевает, что некоторые физические величины, подобные моменту импульса могут меняться только дискретно , а не непрерывным (см. аналоговым) способом.

• Например, момент импульса электрона, привязанного к атому или молекуле, квантуется и может принимать только значения кратные приведенной постоянной Планка. Это квантование увеличивает орбиталь электрона на серию целого первичного квантового числа. В отличие от этого, момент импульса несвязанных электронов, находящихся рядом, не квантуется. Постоянная Планка также применяется в квантовой теории света, где квантом света является фотон, и материя взаимодействует с энергией посредством перехода электронов между атомами или «квантового скачка» связанного электрона.
• Единицы постоянной Планка также можно рассматривать как время момента энергии. Например, в предметной области физики элементарных частиц, виртуальные частицы представлены, как масса частиц, которые спонтанно возникают из вакуума на очень малом участке и играют роль в их взаимодействии. Предел жизни этих виртуальных частиц – это энергия (масса) каждой частицы. Квантовая механика имеет большую предметную область, но в каждой математической ее части присутствует постоянная Планка.

1. Узнайте о тяжелых частицах. Тяжелые частицы проходят от классического к квантовому энергетическому переходу. Даже если свободный электрон, обладающий некоторыми квантовыми свойствами (таким как вращение), в качестве несвязанного электрона, приближается к атому и замедляется (возможно, из-за испускания им фотонов), он переходит от классического к квантовому поведению, так как его энергия опускается ниже энергии ионизации. Электрон связывается с атомом и его момент импульса по отношению к атомному ядру ограничивается тем квантовым значением орбитали, которую он может занять. Этот переход внезапен. Его можно сравнить с механической системой, которая изменяет свое состояние от нестабильного к стабильному, или ее поведение меняется с простого на хаотическое, или можно даже сравнить с ракетным кораблем, который замедляется и идет ниже скорости отрыва, и занимает орбиту вокруг какой-нибудь звезды или другого небесного объекта. В отличие от них, фотоны (которые невесомы) такой переход не осуществляют: они просто пересекают пространство без изменений до тех пор, пока не взаимодействуют с другими частицами и не исчезают. Если вы посмотрите в ночное небо, фотоны от некоторых звезд без изменений пролетают долгие световые годы, затем взаимодействуют с электроном в молекуле вашей сетчатки, испуская свою энергию, а затем исчезая.

Согласно определению, Квантовая физика - раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения. Основные законы квантовой физики изучаются в рамках квантовой механики и квантовой теории поля и применяются в других разделах физики.Квантовая физика и её основные теории - квантовая механика, квантовая теория поля - были созданы в первой половине XX века многими учёными, среди которых Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Артур Комптон, Луи де Бройль, Нильс Бор, Эрвин Шрёдингер, Поль Дирак, Вольфганг Паули. Квантовая физика объединяет несколько разделов физики, в которых принципиальную роль играют явления квантовой механики и квантовой теории поля, проявляющиеся на уровне микромира, но и имеющие (что важно) следствия на уровне макромира.

Сюда относятся:

квантовая механика;

квантовая теория поля - и её применения: ядерная физика, физика элементарных частиц, физика высоких энергий;

квантовая статистическая физика;

квантовая теория конденсированных сред;

квантовая теория твёрдого тела;

квантовая оптика.

Сам термин Квант (от лат. quantum - «сколько») - неделимая порция какой-либо величины в физике. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется). В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения - и последнее называют квантом.

Кванты некоторых полей имеют специальные названия:

фотон - квант электромагнитного поля;

глюон - квант векторного (глюонного) поля в квантовой хромодинамике (обеспечивает сильное взаимодействие);

гравитон - гипотетический квант гравитационного поля;

фонон - квант колебательного движения атомов кристалла.

Вообще Квантование - процедура построения чего-либо с помощью дискретного набора величин, например, целых чисел,

в отличие от построения с помощью непрерывного набора величин, например, вещественных чисел.

В физике:

Квантование - построение квантового варианта некоторой неквантовой (классической) теории или физической модели

в соответствии с фактами квантовой физики.

Фейнмановское квантование - квантование в терминах функциональных интегралов.

Вторичное квантование - метод описания многочастичных квантовомеханических систем.

Квантование Дирака

Геометрическое квантование

В информатике и электронике:

Квантование - разбиение диапазона значений некоторой величины на конечное число интервалов.

Шум квантования - ошибки, возникающие при оцифровке аналогового сигнала.

В музыке:

Квантование нот - перемещение нот к ближайшим ритмическим долям в секвенсоре.

Необходимо отметить, что, несмотря на ряд определенных успехов в описании природы многих явлений и процессов, протекающих в окружающем нас мире, на сегодняшний день квантовая физика вместе со всем комплексом входящих в нее поддисциплин не является цельной законченной концепцией, и хотя изначально подразумевалось, что именно в рамках квантовой физики будет построена единая цельная, непротиворечивая и объясняющая все известные явления дисциплина, на сегодняшний день она таковой не является, например, кватовая физика не в состоянии объяснить принципы и представить работающую модель гравитации, хотя никто не сомневается в том, что гравитация- один из фундаментальных базовых законов вселенной, и невозможность объяснить ее с точки зрения квантовых подходов говорит лишь о том, что они несовершенны, и не являются законченной и окончательной истиной в последней инстанции.

Более того, внутри самой квантовой физики существуют разные течения и направления, представители каждого из которых предлагают свои объяснения для феноменологических экспериментов, не имеющих однозначной трактовки. Внутри самой квантовой физики у представляющих ее ученых нет единого мнения и единого понимания, зачастую их трактовки и объяснения одних и тех же явлений даже противоположны друг другу. И читатель должен понимать, что сама квантовая физика – лишь промежуточная концепция,совокупность состовляющих ее методов, подходов и алгоритмов, и вполне может статься, что через некоторое время будет разработана гораздо более полная, совершенная и непротиворечивая концепция, с иными подходами и иными методами.Тем не менее, для читателя наверняка будут интересны основные явления, которые являются предметом изучения квантовой физики,и которые же при объединении объясняющих их моделей в единую систему вполне могут стать основой для совершенно новой научной парадигмы. Итак, вот эти явления:

1. Корпускулярно-волновой дуализм.

Изначально предполагалось, что корпускулярно-волновой дуализм свойственен только для фотонов света, которые в одних случаях

ведут себя, как поток частиц, а в других, как волны. Но многие эксперименты квантовой физики показали, что данное поведение свойственно не только для фотонов,а и для любых частиц, в том числе, составляющих физически плотную материю. Одним из самых известных экспериментов в этой области является эксперимент с двумя щелями, когда на пластинку, в которой имелись две параллельные узкие прорези, направлялся поток электронов, за пластиной находился непроницаемый для электронов экран, на котором можно было видеть, какие именно появляются на нем картины от попадания электронов. И в одних случаях эта картина представляла из себя две параллельные полоски, такие же, как и две прорези на пластине перед экраном, что характеризовало поведение пучка электронов, вроде как потока маленьких шариков, но в других случаях на экране формировалась картина, характерная при интерференции волн (множество параллельных полос,с самой толстой в центре, и более тонким по краям). При попытке исследовать процесс более детально выяснилось, что один электрон может как пройти только через одну щель, так и через две щели одновременно, что совершенно исключено в том случае, если электрон был бы только твердой частицей. На самом деле, в настоящее время уже существует точка зрения, хотя и не доказанная, но по-видимому очень близкая к истине, и имеющая колоссальное значение с точки зрения миропонимания, что электрон на самом деле не является ни волной, ни частицей, а является переплетением первичных энергий, или материй, скрученных между собой и циркулирующих по определенной орбите, и в некоторых случаях демонстрирующих свойства волны. а в некоторых-свойства частицы.

Многие обыватели очень плохо понимают, а что же такое электронное облако, окружающее атом, о котором рассказывалось еще в

школе, ну что это такое, облако электронов, то есть что их там очень много, этих электронов, нет, не так, облако и есть один и тот же электрон,

просто он как бы размазан по орбите, как капля, и при попытке определить его точное местоположение всегда приходится использовать

вероятностные подходы, так как, хотя было проведено огромное количество экспериментов, никогда не удавалось точно установить, а где же на орбите находится электрон в заданный момент времени, можно определить это только с определенной вероятностью. И это все по той же причине, что электрон не твердая частица, и изображать его, как в школьных учебниках, как твердый шарик, кружащийся на орбите, в корне неверно и формирует у детей ошибочное представление о том,как на самом деле происходят в природе процессы на микроуровне, везде вокруг нас, в том числе, и в нас самих.

2. Взаимосвязь наблюдаемого и наблюдателя, влияние наблюдателя на наблюдаемое.

В тех же экспериментах с пластиной с двумя щелями и экраном, и в подобных им, было неожиданно установлено, что поведение электронов как волны и как частицы находилось во вполне измеримой зависимости от того, присутствовал ли в опыте непосредственный ученый-наблюдатель или нет, и если присутствовал, то какие ожидания у него были от результатов эксперимента!

Когда наблюдавший ученый ожидал, что электроны будут вести себя как частицы, они и вели себя как частицы, но когда его место занимал ученый, ожидавший поведения как волн, электроны вели себя как поток волн! Ожидание наблюдателя напрямую влияет на результат эксперимента, хотя и не во всех случаях, но во вполне измеримом проценте экспериментов! Важно, очень важно понимать, что наблюдаемый эксперимент и сам наблюдатель не являются чем-то отделенным друг от друга, но являются частью одной единой системы, неважно, какие стенки бы при этом между ними ни стояли. Чрезвычайно важно осознавать, что весь процесс нашей жизни представляет из себя непрерывное и беспрестанное наблюдение,

за другими людьми, явлениями и объектами, и самим собой. И хотя ожидание наблюдаемого не всегда точно определяет результат действия,

помимо этого, есть еще и много других факторов, тем не менее, влияние этого весьма ощутимо.

Давайте вспомним, сколько раз в нашей жизни бывали ситуации, когда делает человек какое-то дело, к нему подходит другой и начинает за ним внимательно наблюдать, и в этот момент этот человек либо делает ошибку, либо какое-то непроизвольное действие. И многим знакомо это неуловимое ощущение, когда ты делаешь какое-то действие, за тобой начинают внимательно наблюдать,и в результате у тебя перестает получаться делать это действие, хотя до появления наблюдателя ты делал его вполне успешно.

А теперь вспомним, что большинство людей воспитаны и взращены, как в школах, так и в институтах, что все вокруг, и физически плотная материя, и все предметы, и мы сами, состоим из атомов, а атомы состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов, а ядра - это протоны и нейтроны,и все это такие вот твердые шарики, которые соединены между собой разными типами химических связей, и именно типы этих связей определяют характер и свойства вещества. А о возможном поведении частиц с точки зрения волн, а значит, и всех предметов, из которых эти частицы состоят, и нас самих,

никто не говорит! Большинство этого не знает, в это не верит и этим не пользуется! То есть ожидает от окружающих предметов поведения именно как совокупности твердых частиц. Ну они себя и ведут, как набор частиц в разных комбинациях. Поведения предмета из физически плотной материи, как потока волн, не ожидает почти никто,это кажется невозможным здравому смыслу, хотя никаких фундаментальных препятствий этому нет, а все потому, что в людей с детства закладывают неверные и ошибочные модели и понимание окружающего мира, в результате, когда человек вырастает,он и не пользуется этими возможностями, он даже не знает, что они есть. А как можно пользоваться тем, чего ты не знаешь. И так как таких неверящих и незнающих людей на планете миллиарды, то вполне возможно, что совокупность общественного сознания всех людей земли,как эдакое среднее по больнице, определяет как заданное по умолчанию устройство мира вокруг как набора частиц, строительных блоков, и ничего больше (ведь по одной из моделей все человечество представляет из себя огромную совокупность наблюдателей).

3. Квантовая нелокальность и квантовая сцепленность.

Одним из краеугольных и определеляющих понятий квантовой физики является квантовая нелокальность и напрямую связанная с ней квантовая сцепленность, или квантовая запутанность, что в общем одно и то же. Яркими примерами квантовой сцепленности являются, например, эксперименты, проведенные Аленом Аспектом, в которых проводилась поляризация фотонов, излученных одним и тем же источником, и принятых двумя разными приемниками. И получалось так, что если изменить поляризацию (ориентацию спина) одного фотона, одновременно с этим меняется и поляризация второго фотона, и наоборот, причем происходит это изменение поляризации мгновенно, независимо от расстояния, на котором эти фотоны находятся друг от друга. Выглядит это так, как будто два фотона, излученные одним источником, связаны между собой, хотя никакой явной пространственной связи между ними нет, и изменение параметров одного фотона мгновенно приводит к изменению параметров другого фотона. Важно понимать, что явление квантовой сцепленности, или запутанности, справедливо не только для микро, но и для макроуровня.

Одним из первых наглядных экспериментов в этой области являлся эксперимент российских (тогда еще советских) физиков-торсионщиков.

Схема эксперимента была такова: брали кусок самого обыкновенного бурого угля, добываемого в шахтах для сожжения в котельных,и распиливали его на 2 части. Поскольку с углем человечество знакомо уже очень давно, то он является очень хорошо изученным объектом, и с точки зрения его физических и химических свойств, молекулярных связей, тепла, выделяемого при сгорании на единицу объема и тд. Так вот, один кусок этого угля остался в лаборатории в Киеве, второй кусок угля отвезли в лабораторию в Кракове. Каждый из этих кусков в свою очередь был разрезан на 2 одинаковые части, итого получилось - 2 одинаковых куска одного и того же угля было в Киеве, и 2 одинаковых куска -в Кракове. Затем взяли по одному куску в Киеве и Кракове, и одновременно оба их сожгли, и измерили количество тепла, выделяемого при сгорании. Оно, как и следовало ожидать, оказалось примерно одинаковым. Затем, торсионным генератором был облучен кусок угля в Киеве (тот, который был в Кракове, ничем не облучался), и снова оба этих куска сожгли. И в этот раз оба этих куска дали эффект примерно на 15% больше тепла при сжигании, чем при сожжении первых двух кусков. Увеличение тепловыделения при сгорании угля в Киеве было объяснимо, ведь на него подействовали излучением, в результате его физическая структура изменилась, что и вызвало учеличение тепловыделения при сжигании примерно на 15%. Но вот тот кусок, который находился в Кракове, тоже увеличил тепловыделение на 15%, хотя его ничем не облучали! Этот кусок угля тоже изменил свои физические свойства, хотя облучали не его, а другой кусок (с которым они когда-то были частью одного целого, что является принципиально важным моментом для понимания сути), и расстояние в 2000 км между этими кусками совершенно не было препятствием, изменения структуры у обоих кусков угля происходили мгновенно,что и было установлено при многократном повторении эксперимента. Но надо понимать, что данный процесс совершенно необязательно справедлив только для угля, можно использовать любой другой материал, и эффект, вполне ожидаемо, будет совершенно таким же!

То есть, квантовая сцепленность и квантовая нелокальность справедлива и на макроскопическом мире, а не только в микромире элементарных частиц - в общем-то это вполне справделиво, ведь все макрообъекты и состоят из этих самых элементарных частиц!

Справедливости ради стоит заметить, что физики-торсионщики считали многие квантовые явления проявлением торсионных полей, а некоторые квантовые физики, наоборот, считали торсионные поля частным случаем проявления квантовых эффектов. Что в общем-то неудивительно, ведь и те, и другие изучают и исследуют один и тот же мир вокруг, с одними и теми же универсальными законами, что на микро, что на макроуровне,

и пусть используют при объяснении явлений разные подходы и разную терминологию, суть все равно одна.

А справедливо ли это явление только для неживых объектов, как обстоит дело с живыми организмами, возможно ли там обнаружение похожих эффектов?

Выяснилось, что да, и одним из доказавших это был американский доктор Клив Бакстер. Изначально этот ученый специализировался на испытаниях полиграфа, то есть прибора, детектора лжи, применявшегося для допроса испытуемых в лабораториях ЦРУ. Был проведен целый ряд успешных экспериментов по регистрации и установлению у допрашиваемых разных эмоциональных состояний в зависимости от показаний полиграфа, и разработаны эффективные методики, и сегодня используемые для допросов посредством детектора лжи. Со временем интересы доктора расширились, и он начал эксперименты с растениями и животными. Среди ряда очень интересных результатов следует выделить один, имеющий прямое отношение к квантовой сцепленности и квантовой нелокальности, а именно следующий – у участника эксперимента брали на пробу живые клетки изо рта и помещали их в пробирку (известно, что взятые на пробу клетки

человека живут еще в течение нескольких часов), эту пробирку подключали к полиграфу. Затем человек, у которого брали эту пробу, уезжал за несколько десятков или даже сотен километров, и испытывал там разнообразные стрессовые ситуации. За годы исследований Клив Бакстер хорошо изучил, какие именно показания полиграфа сответствовали определенным стрессовым состояниям человека. Велся строгий протокол, где четко регистрировалось время попадания в стрессовые ситуации, и также велся протокол регистрации показаний полиграфа, подключенного к пробирке с пока еще живыми клетками.И выяснилось удивительное - несмотря на огромные расстояния между испытуемым и пробиркой с живыми клетками, была выявлена почти идеальная синхронность между вхождением человека в стрессовую ситуацию и почти одновременной реакцией клеток в виде соответствующих графиков полиграфа!То есть, хотя клетки, взятые у человека на пробу, и сам человек были разделены в пространстве, по-прежнему между ними существовала связь,и изменение эмоционального и психического состояния человека практически немедленно отражалось в реакции клеток в пробирке.

Результат повторялся множество раз, были попытки установить свинцовые экраны с целью изолировать пробирку с полиграфом, но это не помогало,

все равно даже за свинцовым экраном происходила почти синхронная регистрация изменения состояний.

То есть квантовая сцепленность и квантовая нелокальность справделива и для неживой, и для живой природы, более того, это совершенно естественное природное явление, происходящее повсюду вокруг нас! Думаю, многих читателей интересует, и даже более чем, а возможны ли путешествия не только в пространстве, но и во времени, может быть, существуют какие-либо эксперименты, подтверждающие это, и вероятно, здесь может помочь квантовая сцепленность и квантовая нелокальность? Оказалось, что такие эксперименты есть! Один из них был проведен известным советским астрофизиком Николаем Александровичем Козыревым, и заключался он в следующем. Всем известно, что то положение звезды, которые мы видим на небе, не является истинным ведь за те тысячи лет, что свет летит от звезды до нас, сама она за это время уже сместилась, на вполне измеримое расстояние. Зная расчетную траекторию звезды, можно предположить, в каком месте она должна находиться сейчас, и более того, можно рассчитать, где она должна должна находиться в будущем в следующий момент времени (через временной период, равный тому времени, которое нужно свету, чтобы долететь от нас до этой звезды), если аппроксимировать траекторию ее движения.И с помощью телескопа особой конструкции (зеркального телескопа) было подтверждено, что не только существует тип сигналов,

распространяющийся по вселенной практически мгновенно, независимо от расстояния в тысячи световых лет (по сути, "размазывающийся" в пространстве, как электрон по орбите), но и возможно регистрировать сигнал из будущего положения звезды,то есть того положения, в котором ее еще нет, она там будет еще очень нескоро! Причем именно в этой расчетной точке траектории. Здесь поневоле возникает предположение, что, подобно электрону, "размазанному" по орбите, и являющегося по сути квантово-нелокальным объектом, звезда, вращающаяся вокруг центра галактики, как электрон вокруг ядра атома, также обладает некоторыми похожими свойствами. И также, данный эксперимент доказывает возможность передачи сигналов не только в пространстве,но и во времени. Данный эксперимент достаточно активно дискредитируется в средствах массовой информации,

с приписыванием ему мифических и мистических свойств, но нужно отметить, что он был повторен также уже после смерти Козырева на двух разных лабораторных базах, двумя независимыми группами ученых, одной в Новосибирске (под руководством академика Лаврентьева),а второй на Украине, исследовательской группой Кукоча, причем на разных звездах, и везде были получены одни и те же результаты, подтверждающие исследования Козырева! Справедливости ради, стоит отметить, что и в электротехнике, и в радиотехнике известны случаи, когда при определенных условиях сигнал оказывается принят приемником за несколько мгновений до того, как был излучен источником. Данный факт, как правило, игнорировался и принимался за ошибку,и к сожалению, часто, похоже, у ученых просто не хватало духу назвать черное черным, а белое белым, лишь потому, что это якобы невозможно и этого не может быть.

А были ли еще проведены некие похожие эксперименты, которые бы подтверждали данный вывод? оказывается, были, доктором медицинских наук,академиком Влаилем Петровичем Казначеевым. Было проведено обучение операторов, один из которых находился в Новосибирске, а второй- на севере, на Диксоне. Была разработана система символов, хорошо выученная и усвоенная обоими операторами. В указанное время с помощью зеркал Козырева осуществлялась передача сигнала одним оператором к другому, причем заранее принимающей стороне не было известно, какой именно из символов будет отправлен. Велся строгий протокол, в котором регистрировалось время отправки и приема символов. И после сверки протоколов оказывалось, что некоторые символы были приняты почти одновременно с отправлением, некоторые были приняты с опозданием, что вроде бы возможно и вполне естественно, но вот некоторые символы были приняты оператором ДО того, как были отправлены! То есть, по сути, были отправлены из будущего в прошлое. Данные эксперименты до сих пор не имеют строго официального научного объяснения, но очевидно, что имеют одну и ту же природу. Можно на их основании с достаточной степенью точности предположить, что квантовая сцепленность и квантовая нелокальность не просто возможна, но и существует не только в пространстве, но и во времени!

Классическая физика, существовавшая до изобретения квантовой механики, описывает природу в обычном (макроскопическом) масштабе. Большинство теорий в классической физике можно вывести, как приближение, действующее в привычных для нас масштабах. Квантовая физика (она же и квантовая механика) отличается от классической науки тем, что энергия, импульс, угловой момент и другие величины связанной системы ограничены дискретными значениями (квантованием). Объекты имеют особые характеристики как в виде частиц, так и в виде волн (дуальность волновых частиц). Также в этой науке есть пределы точности, с которой можно измерить величины (принцип неопределенности).

Можно сказать, что после возникновения квантовой физики в точных науках произошла своеобразная революция, позволившая заново пересмотреть и проанализировать все старые законы, которые ранее считались непреложными истинами. Хорошо это или плохо? Пожалуй, хорошо, ведь подлинная наука никогда не должна стоять на месте.

Однако "квантовая революция" стала своеобразным ударом для физиков старой школы, которым пришлось смириться с тем, что то, во что они верили раньше, оказалось лишь набором ошибочных и архаичных теорий, нуждающихся в срочном пересмотре и адаптации к новой реальности. Большинство физиков с восторгом приняли эти новые представления о хорошо знакомой науке, внеся свою лепту в ее изучение, развитие и воплощение в жизнь. Сегодня квантовая физика задает динамику всей науке, в целом. Передовые экспериментальные проекты (вроде Большого адронного коллайдера) возникли именно благодаря ней.

Открытие

Что можно сказать об основах квантовой физики? Она постепенно возникала из различных теорий, призванных объяснить явления, которые не могли быть согласованы с классической физикой, например, решение Макса Планка в 1900 году и его подход к проблеме излучения многих научных проблем, а также соответствие между энергией и частотой в статье 1905 Альберта Эйнштейна, в которой объяснялись фотоэлектрические эффекты. Ранняя теория квантовой физики была основательно переработана в середине 1920-х годов Вернером Гейзенбергом, Максом Борном и другими. Современная теория сформулирована в различных специально разработанных математических концепциях. В одной из них арифметическая функция (или волновая функция) дает нам исчерпывающую информацию об амплитуде вероятности расположения импульса.

Научное исследование волновой сущности света началось более 200 лет назад, когда великие и признанные ученые того времени предложили, разработали и доказали теорию света на основе своих собственных экспериментальных наблюдений. Они назвали ее волновой.

В 1803 году известный английский ученый Томас Янг провел свой знаменитый двойной эксперимент, в результате которого написал прославленную работу «О природе света и цвета», сыгравшую огромную роль в формировании современных представлений об этих знакомых нам всем явлениях. Этот эксперимент сыграл важнейшую роль в общем признании этой теории.

Подобные опыты часто описываются в различных книгах, например, "Основы квантовой физики для чайников". Современные эксперименты с разгоном элементарных частиц, например, поиск бозона Хиггса в Большом адронном коллайдере (сокращенно БАК) проводится как раз для того, чтобы найти практическое подтверждение многих сугубо теоретических квантовых теорий.

История

В 1838 году Майкл Фарадей на радость всему миру открыл катодные лучи. Вслед за этими нашумевшими исследованиями последовало заявление о проблеме излучения, так называемого, "черного тела" (1859 год), сделанное Густавом Кирхгофом, а также знаменитое предположение Людвига Больцмана о том, что энергетические состояния любой физической системы могут быть еще и дискретными (1877 год). Уже потом появилась квантовая гипотеза, разработанная Максом Планком (1900 год). Она считается одной из основ квантовой физики. Смелая о том, что энергия может как излучаться, так и поглощаться в дискретных «квантах» (или энергетических пакетах), в точности соответствует наблюдаемым закономерностям излучения черного тела.

Большой вклад в квантовую физику внес известный всему миру Альберт Эйнштейн. Находясь под впечатлением от квантовых теорий, он разработал свою. Общую теорию относительности - так она называется. Открытия в квантовой физике повлияли и на разработку специальной теории относительности. Многие ученые в первой половине прошлого века начали заниматься этой наукой с подачи Эйнштейна. Она в то время была передовой, всем нравилась, все ею интересовались. Не удивительно, ведь она закрывала столько "дыр" в классической физической науке (правда, новые тоже создавала), предлагала научное обоснование путешествий во времени, телекинеза, телепатии и параллельных миров.

Роль наблюдателя

Любое событие или состояние зависит непосредственно от наблюдателя. Обычно именно так основы квантовой физики кратко объясняются людям, далеким от точных наук. Однако в реальности все гораздо сложнее.

Это прекрасно согласуется со многими оккультными и религиозными традициями, которые испокон веков настаивали на возможности людей влиять на окружающие события. В некотором роде это еще и почва для научного объяснения экстрасенсорики, ведь теперь утверждение о том, что человек (наблюдатель) способен влиять силой мысли на физические события, не кажется абсурдной.

Каждое собственное состояние наблюдаемого события или объекта соответствует собственному вектору наблюдателя. Если спектр оператора (наблюдателя) дискретный, наблюдаемый объект может достигать только дискретных собственных значений. То есть объект наблюдения, равно как и его характеристики, полностью определяется этим самым оператором.

В отличие от общепринятой классической механики (или физики), здесь нельзя делать одновременные предсказания сопряженных переменных, таких как положение и импульс. Например, электроны могут (с определенной вероятностью) располагаться приблизительно в некой области пространства, но их математически точное положение на самом деле неизвестно.

Контуры постоянной плотности вероятности, часто называемые «облаками», могут быть проведены вокруг ядра атома, чтобы концептуализировать, где электрон может быть расположен с наибольшей вероятностью. Принцип неопределенности Гейзенберга доказывает неспособность точно выявить местонахождение частицы с учетом ее сопряженного импульса. Некоторые модели в этой теории имеют сугубо абстрактный вычислительный характер и не предполагают прикладного значения. Впрочем, часто их используют для вычисления сложных взаимодействий на уровне и прочих тонких материй. Кроме того, этот раздел физики позволил ученым предположить возможность реального существования множества миров. Возможно, в скором времени мы сможем их увидеть.

Волновые функции

Законы квантовой физики весьма объемные и разнообразные. Они пересекаются с представлением о волновых функциях. Некоторые особые создают разброс вероятностей, который по своей сути является постоянным или независимым от времени, к примеру, когда в стационарном положении энергии время как бы исчезает по отношению к волновой функции. Это один из эффектов квантовой физики, который является для нее основополагающим. Любопытный факт заключается в том, что феномен времени был кардинально пересмотрен в этой необычной науке.

Теория возмущений

Однако существует несколько надежных способов разработки решений, необходимых для работы с формулами и теориями в квантовой физике. В одном из таких методов, широко известном как "теория возмущений", используется аналитический результат для элементарной квантово-механической модели. Она была создана, чтобы добиться результатов от экспериментов для разработки еще более сложной модели, которая связана с более простой моделью. Вот такая рекурсия получается.

Этот подход особенно важен в теории квантового хаоса, которая чрезвычайно популярна для трактовки различных событий в микроскопической реальности.

Правила и законы

Правила квантовой механики фундаментальны. Они утверждают, что пространство развертывания системы является абсолютно фундаментальным (оно имеет скалярное произведение). Еще одно утверждение заключается в том, что наблюдаемые этой системой эффекты являются в то же время и своеобразными операторами, влияющими на векторы в этой самой среде. При этом они не говорят нам, какое гильбертово пространство или какие операторы существуют в данный момент. Их можно подобрать соответствующим образом, чтобы получить количественное описание квантовой системы.

Значение и влияние

С самого момента возникновения этой необычной науки многие антиинтуитивные аспекты и результаты изучения квантовой механики спровоцировали громкие философские дебаты и многие интерпретации. Даже фундаментальные вопросы, такие как правила на тему вычисления различных амплитуд и распределения вероятностей, заслуживают уважения со стороны общества и многих ведущих ученых.

Например, однажды с грустью заметил, что он совершенно не уверен в том, что кто-то из ученых вообще понимает квантовую механику. Согласно Стивену Вайнбергу, на данный момент нет той интерпретации квантовой механики, которая бы всех устраивала. Это говорит о том, что ученые создали "монстра", полностью понять и объяснить существование которого они сами не в силах. Однако это никак не вредит актуальности и популярности данной науки, а привлекает к ней молодых специалистов, желающих решать действительно сложные и непонятные задачи.

Кроме того, квантовая механика заставила полностью пересмотреть объективные физические законы Вселенной, что не может не радовать.

Копенгагенская интерпретация

Согласно этой интерпретации, стандартное определение причинности, известное нам из классической физики, больше не нужно. Согласно квантовым теориям, причинности в привычном для нас понимании не существует вообще. Все физические явления в них объясняются с точки зрения взаимодействия мельчайших элементарных частиц на субатомном уровне. Эта область, несмотря на кажущуюся невероятность, чрезвычайно перспективна.

Квантовая психология

Что можно сказать о взаимосвязи квантовой физики и сознания человека? Об этом прекрасно написано в книге, написанной Робертом Антоном Уилсоном в 1990 году, которая называется "Квантовая психология".

Согласно теории, изложенной в книге, все процессы, происходящие в нашем мозге, обусловлены законами, описанными в этой статье. То есть это своеобразная попытка адаптировать теорию квантовой физики под психологию. Эта теория считается паранаучной и не признается академическим сообществом.

Книга Уилсона примечательна тем, что он приводит в ней набор различных техник и практик, в той или иной степени доказывающих его гипотезу. Так или иначе, но читатель должен самостоятельно решить, верит он или нет состоятельность подобных попыток применить математические и физические модели к гуманитарным наукам.

Некоторые восприняли книгу Уилсона как попытку оправдать мистическое мышление и привязать его к научно доказанным новомодным физическим формулировкам. Этот весьма нетривиальный и яркий труд остается востребованным уже более 100 лет. Книгу издают, переводят и читают во всем мире. Кто знает, возможно, с развитием квантовой механики изменится и отношение научного сообщества к квантовой психологии.

Заключение

Благодаря этой замечательной теории, которая вскоре стала отдельной наукой, мы получили возможность исследовать окружающую реальность на уровне субатомных частиц. Это мельчайший уровень из всех возможных, совершенно недоступный нашему восприятию. Что физики раньше знали о нашем мире, нуждается в срочном пересмотре. С этим согласны абсолютно все. Стало очевидно, что разные частицы могут взаимодействовать друг с другом на совершенно немыслимых расстояниях, которые мы можем измерять лишь путем сложных математических формул.

Кроме того, квантовая механика (и квантовая физика) доказала возможность существования множества параллельных реальностей, путешествий во времени и прочих вещей, которые на протяжении всей истории считались лишь уделом научной фантастики. Это, несомненно, огромный вклад не только в науку, но и в будущее человечества.

Для любителей научной картины мира эта наука может быть как другом, так и врагом. Дело в том, что квантовая теория открывает широкие возможности для различных спекуляций на паранаучную тему, как это уже было показано на примере одной из альтернативных психологических теорий. Некоторые современные оккультисты, эзотерики и сторонники альтернативных религиозно-духовных течений (чаще всего - психокультов) обращаются к теоретическим построениям этой науки для того, чтобы обосновать рациональность и истинность своих мистических теорий, верований и практик.

Это беспрецедентный случай, когда простые домысли теоретиков и абстрактные математические формулы привели к самой настоящей научной революции и создали новую науку, перечеркнувшую все, что было известно ранее. В некоторой степени квантовая физика опровергла законы аристотелевской логики, поскольку показала, что при выборе "или-или" есть еще один (а, возможно, несколько) альтернативный вариант.