Mielenosoitus, joka käänsi suuren Isaac Newtonin ideat valon luonteesta, oli uskomattoman yksinkertainen. Se "voidaan toistaa hyvin helposti missä päin aurinko paistaa", sanoi englantilainen fyysikko Thomas Young marraskuussa 1803 Lontoon kuninkaallisen yhdistyksen jäsenille kuvailemalla sitä, mitä nykyään kutsutaan kaksoisrakoksi. Ja Young ei ollut innostunut nuori. Hän keksi tyylikkään ja hienostuneen kokeilun, joka osoitti valon aallon luonteen, ja kumosi siten Newtonin teorian, että valo koostuu soluista eli hiukkasista.
Mutta kvanttifysiikan synty 1900-luvun alkupuolella teki selväksi, että valo koostuu pienistä jakamattomista yksiköistä - tai kvantteista - energiasta, jota kutsumme fotoneiksi. Youngin kokeilu yksittäisillä fotoneilla tai jopa yksittäisillä ainehiukkasilla, kuten elektronilla ja neuroneilla, on mysteeri, joka saa sinut ihmettelemään todellisuuden luonnetta. Jotkut ovat jopa käyttäneet sitä väittääkseen, että ihmisen tietoisuus vaikuttaa kvantimaailmaan. Mutta voiko yksinkertainen kokeilu todella osoittaa tämän?
Voiko tietoisuus määritellä todellisuuden?
Modernissa kvanttimuodossaan Youngin kokeilu sisältää yksittäisten valo- tai ainehiukkasten ampumisen kahden läpikuultamattomaan esteeseen leikatun raon tai reiän kautta. Estosivun toisella puolella on näyttö, joka tallentaa hiukkasten saapumisen (esimerkiksi fotonien tapauksessa valokuvalevy). Terve järki saa meidät odottamaan, että fotonit kulkevat joko yhden tai toisen raon läpi ja kerääntyvät vastaavan käytävän taakse.
Mutta ei. Fotonit osuvat tiettyihin näytön osiin ja välttävät muita, jolloin syntyy vuorottelevia valon ja pimeyden raitoja. Nämä ns. Reunat muistuttavat kuvaa kahdesta aallokokouksesta. Kun yhden aallon rintamerkit ovat yhdenmukaiset toisen aaltojen rintojen kanssa, saat rakentavia häiriöitä (kirkkaita raitoja), ja kun rintapiirit kohdistuvat kouruihin, saat tuhoavia häiriöitä (pimeys).
Mutta vain yksi fotoni kulkee laitteen läpi kerrallaan. Näyttää siltä, että fotoni menee molempien rakojen läpi kerrallaan ja häiritsee itseään. Tämä on vastoin yleistä (klassista) järkeä.
Matemaattisesti ottaen se ei ole fyysinen hiukkanen tai fyysinen aalto, joka kulkee molempien rakojen läpi, vaan ns. Aaltofunktio - abstrakti matemaattinen funktio, joka edustaa fotonin tilaa (tässä tapauksessa sijaintia). Aaltofunktio käyttäytyy kuin aalto. Se osuu kahteen rakoon, ja uudet aallot tulevat rakojen toisella puolella, leviävät ja häiritsevät toisiaan. Yhdistetty aaltofunktio laskee todennäköisyyden, missä fotoni voi olla.
Mainosvideo:
Fotonilla on suuri todennäköisyys olla siellä, missä kaksi aaltofunktiota rakentavasti häiritsevät, ja alhaisella - missä häiriö on tuhoisa. Mittaukset - tässä tapauksessa aaltofunktion vuorovaikutus valokuvalevyn kanssa - johtaa aaltofunktion "romahtamiseen", sen romahtamiseen. Seurauksena se osoittaa yhteen paikkoihin, joissa fotoni toteutuu mittauksen jälkeen.
Tästä ilmeisestä mittauksen aiheuttamasta aaltofunktion romahtamisesta on tullut lähde monille käsitteellisille vaikeuksille kvanttimekaniikassa. Ennen romahtamista ei ole mitään keinoa sanoa varmasti, mihin fotoni loppuu; se voi olla missä tahansa ilman nollaa todennäköisyyttä. Fotonin kulkua lähteestä detektoriin ei voida jäljittää. Fotoni on epätodellinen siinä mielessä, että San Franciscosta New Yorkiin lentävä lentokone on todellinen.
Werner Heisenberg muun muassa tulkitsi tätä matematiikkaa siten, että todellisuutta ei ole olemassa, ennen kuin se havaitaan. "Idea objektiivisesta todellisesta maailmasta, jonka pienimmät hiukkaset ovat olemassa objektiivisesti samassa mielessä kuin kiviä tai puita, riippumatta siitä, noudatammeko niitä vai ei, on mahdoton", hän kirjoitti. John Wheeler käytti myös kaksoishalkaisukokeilun varianttia todetakseen, että "mikään elementtinen kvantti-ilmiö ei ole ilmiö, ennen kuin siitä tulee rekisteröity ('havaittu', 'ehdottomasti tallennettu') ilmiö."
Mutta kvantiteoria ei anna mitään aavistustakaan siitä, mikä lasketaan "mittaukseksi". Hän vain postuloi, että mittauslaitteen tulisi olla klassinen, määrittelemättä, missä linja klassisen ja kvantin välillä on, ja jättäen oven auki niille, jotka uskovat, että romahtaminen aiheuttaa ihmisen tietoisuutta. Viime toukokuussa Henry Stapp ja hänen kollegansa totesivat, että kaksoisrakojen kokeilu ja sen nykyiset versiot viittaavat siihen, että "tietoinen tarkkailija voi olla tarpeen" kvanttimaailman merkityksen antamiseksi ja että transpersonaalinen älykkyys on aineellisen maailman ydin.
Mutta nämä kokeet eivät ole empiiristä näyttöä tällaisille väitteille. Yksittäisillä fotoneilla suoritetussa kaksoisrakoisessa kokeessa voidaan testata vain matematiikan todennäköisyystutkimuksia. Jos todennäköisyydet ilmaantuvat, kun kymmeniä tuhansia identtisiä fotoneja lähetetään kaksoisraon kautta, teoria sanoo, että jokaisen fotonin aaltofunktio romahti - epäselvän prosessin, nimeltään mittaus, ansiosta. Siinä kaikki.
Lisäksi kaksoishalkaisukokeesta on olemassa muita tulkintoja. Otetaan esimerkiksi de Broglie-Bohmin teoria, jonka mukaan todellisuus on sekä aalto että hiukkas. Fotoni on suunnattu kaksoisrakoon tietyssä asennossa milloin tahansa ja kulkee yhden tai toisen raon läpi; siksi jokaisella fotonilla on suunta. Se kulkee pilottiaallon läpi, joka tunkeutuu molemmiin rakoihin, häiritsee sitä ja ohjaa sitten fotonin rakentavan häiriön kohdalle.
Vuonna 1979 Chris Dewdney ja kollegat Lontoon Brickbeck Collegessa mallinntivat tämän teorian ennusteen hiukkasten poluista, jotka kulkisivat kaksoisraon läpi. Viimeisen kymmenen vuoden aikana kokeilijat ovat vahvistaneet, että tällaisia lentoja on olemassa, vaikka he ovat käyttäneet kiistanalaista tekniikkaa, ns. Heikkoja mittauksia. Kiistanalaisesta huolimatta kokeet ovat osoittaneet, että de Broglie-Bohmin teoria pystyy edelleen selittämään kvantimaailman käyttäytymisen.
Vielä tärkeämpää on, että tämä teoria ei tarvitse tarkkailijoita tai mittauksia tai aineetonta tietoisuutta.
Niitä ei myöskään tarvita ns. Romaantusteorioissa, joista seuraa, että aaltofunktiot romahtavat sattumanvaraisesti: mitä suurempi hiukkasten lukumäärä on kvanttijärjestelmässä, sitä todennäköisempi romahdus on. Tarkkailijat vain tallentavat tuloksen. Markus Arndtin ryhmä Itävallan Wienin yliopistossa testasi näitä teorioita lähettämällä suurempia ja suurempia molekyylejä kaksoisraon läpi. Pilaantumisteoriat ennustavat, että kun ainepartikkelit muuttuvat massiivisiksi kuin tietty kynnysarvo, ne eivät enää voi pysyä kvanttisessa superpositiossa ja kulkea molempien rakojen läpi samanaikaisesti, ja tämä tuhoaa häiriökuvion. Arndtin joukkue lähetti 800 atomin molekyylin kaksoisraon läpi ja näki silti häiriöitä. Kynnyksen haku jatkuu.
Roger Penrosella oli oma versio romahtamisen teoriasta, jossa mitä suurempi esineen massa on superpositiossa, sitä nopeammin se kaatuu yhteen tilaan tai toiseen painovoiman epävakauden vuoksi. Tämä teoria ei myöskään vaadi tarkkailijaa tai minkäänlaista tietoisuutta. Dirk Boumeester Kalifornian yliopistosta, Santa Barbara, testaa Penrose-idean versiolla kaksoisrako-kokeesta.
Konseptuaalisesti ajatuksena ei ole vain sijoittaa fotoni superpositioon, joka kulkee kahden raon läpi samanaikaisesti, vaan myös laittaa yksi rakoista superpositioon ja saada se olemaan kahdessa paikassa samanaikaisesti. Penrose'n mukaan korvattu rako pysyy joko superpositiossa tai romahtaa fotonin kanssa lennossa, mikä johtaa erilaisiin häiriökuvioihin. Tämä romahdus riippuu rakojen massasta. Boumeester on työskennellyt tämän kokeilun parissa kymmenen vuotta ja voi pian vahvistaa tai kieltää Penrose-väitteet.
Joka tapauksessa nämä kokeet osoittavat, että emme voi vielä esittää väitteitä todellisuuden luonteesta, vaikka näitä väitteitä tuettaisiinkin matemaattisesti tai filosofisesti. Ja ottaen huomioon, että neurotieteilijät ja mielenfilosofit eivät voi päästä yksimielisyyteen tietoisuuden luonteesta, väite, että se johtaa aalto-toimintojen romahtamiseen, olisi parhaimmillaan ennenaikaista ja pahimmassa tapauksessa väärää.
Ilja Khel