Kvantna fizika
Kvantna fizika je već prije puno godina učinkovito pobila naivnu koncepciju “vjerujem u ono što vidim”. Otkrilo se da su atomi većinom prazan prostor, dok su tzv. subatomske čestice očito valovi energije. To bi značilo da je cijeli svijet oko nas jedan veliki prazan prostor???
Nitko na svijetu ne može shvatiti što kvantna mehanika zaista jest, to je možda najvažnija stvar koju bi morali znati o njoj.
Mnogi fizičari su naučili koristiti njene zakone pa čak i predvidjeti fenomene na osnovi kvantnih kalkulacija, ali još uvijek nije jasno zašto promatrač nekog eksperimenta određuje ponašanje cijelog sustava i na kraju utječe i na sam ishod eksperimenta.
Izabrali smo nekoliko primjera eksperimenata na čiji ishod promatrač ima neizbježan utjecaj te ćemo pokušati shvatiti kako se kvantna mehanika ponaša kad na nju utječe svijest.
Schrödingerova mačka
Postoji mnogo interpretacija kvantne mehanike, ali najpoznatija je kopenhaška interpretacija. Tijekom 1920-tih njene glavne postulate iznijeli su Niels Bohr i Werner Heisenberg.
Valna funkcija je tako postala središte kopenhaške interpretacije. Valna funkcija je matematička funkcija koja sadrži informacije o svim mogućim stanjima kvantnog sustava.
Stanje sustava i njegov položaj u odnosu na druga stanja može odrediti samo promatrač (valna funkcija služi samo kako bi se mogla izračunati vjerojatnost da se sustav nalazi u jednom stanju ili drugom). Dakle možemo reći da nakon promatranja sustav postaje klasičan i odmah prestaje postojati u bilo kojem drugom stanju osim u onom kojem se nalazi tijekom promatranja.
Naravno ovaj pristup ima i svoje protivnike (npr. sjetimo se Einsteinove izjave: “Ne mogu vjerovati da se Bog kocka.˝), ali točnost izračuna i predviđanja je prevladala. Međutim broj pobornika kopenhaške interpretacije opada, a razlog tome je misteriozan kolaps valne funkcije tijekom eksperimenata. Čuveni misaoni eksperiment Erwin Schrödingera i njegova mačka pokazuju svu apsurdnost toga fenomena.
O čemu se zapravo radi u tome eksperimentu? U zatvorenoj kutiji sjedi mačka, u toj se kutiji također nalaze i radioaktivna atomska jezgra i bočica s otrovnim plinom. Mačka na uređaj ne može utjecati. Ako se jezgra raspadne razbit će se bočica s otrovom. Vrijeme raspada atoma nije poznato, moguće je odrediti samo vrijeme poluraspada tj. vrijeme za koje se raspadne polovina jezgre.
Za vanjskog promatrača mačka unutar kutije postoji u dva stanja: ili je živa ako je sve prošlo u redu, ili je mrtva ako se jezgra raspala i bočica se razbila. Oba ta stanja su opisana mačkinom valnom funkcijom koja se mijenja kako vrijeme prolazi.
Što više vremena prođe veća je vjerojatnost da će se jezgra raspasti, ali u trenutku kad otvorimo kutiju dolazi do kolapsa valne funkcije te mi odmah vidimo ishod eksperimenta.
Dakle sve dok promatrač ne otvori kutiju, mačka se nalazi u ravnoteži na rubu života i smrti, a njenu sudbinu može odrediti samo djelovanje promatrača, i to je sav apsurd kojeg ističe Schrödinger.
Difrakcija elektrona
Prema anketi koju je među fizičarima proveo New York Times eksperiment difrakcije elektrona je jedan od najnevjerojatnijih pokusa u povijesti znanosti.
Dakle o čemu se radi? Imamo izvor koji emitira snop elektrona na fotosenzitivni zastor, na putu elektronima nalazi se zapreka tj. zid sa dvije pukotine. Kakva će se slika pojaviti na zastoru ako elektrone zamišljamo kao male nabijene kuglice (čestice)? Dobit ćemo interferentne pruge.
Dakle, slika će prikazivati kompleksan uzorak naizmjeničnih crnih i bijelih pruga. To je zato što se elektroni kod prolaska kroz pukotinu počinju ponašati ne kao čestice već kao valovi, (poput fotona, čestica svjetlosti koji se ponašaju kao valovi).
Ti valovi međudjeluju u prostoru poništavajući ili pojačavajući jedan drugoga. Kao posljedicu toga mi na zastoru vidimo svijetle i tamne pruge.
Rezultat eksperimenta se ne mijenja čak i ako umjesto snopa elektrona kroz zapreku prođe samo jedan jedini elektron, samo jedna čestica također može bili val. Jedan elektron može istovremeno proći kroz obje pukotine.
To je jedan od glavnih postulata kopenhaške interpretacije kvantne mehanike koji kaže da čestice mogu istovremeno imati ˝normalna˝ fizička svojstva, ali i egzotična svojstva valova.
Ali što je s promatračem u cijeloj ovoj priči? Promatrač cijelu ovu kompliciranu priču čini još više zbunjujućom. Kad su fizičari prilikom sličnih eksperimenata pokušali pomoću instrumenata utvrditi kroz koju će od dvije pukotine proći elektron, slika na zastoru se dramatično promijenila i pojavio se klasičan prikaz dvije pruge nasuprot pukotinama.
Elektroni ne žele pokazati svojstva valova kad se nalaze pod budnim okom promatrača. Je li u pitanju nekakva misterija? Ipak postoji mnogo jednostavnije objašnjenje ovoga fenomena: svaki put kad promatramo neki sustav mi fizički utječemo na taj sustav, ali o tome ćemo malo kasnije.
Zagrijavanje fulerena
Eksperimenti difrakcije čestica mogu se izvoditi i na većim objektima od elektrona npr. na fulerenima. Fuleren je svaka molekula sastavljena isključivo od ugljika, u obliku šuplje kugle, elipsoida ili cijevi.
Nedavno je grupa znanstvenika s veleučilišta u Beču predvođena profesorom Zeilingerom pokušala uvesti element promatranja u takvu vrstu eksperimenata. Da bi to postigli ozračili su molekule fulerena laserskom zrakom, potom su iz zagrijali pomoću vanjskog izvora. Molekule su počele svijetliti tako da ih je promatrač mogao jasno i neizbježno vidjeti u prostoru.
Ponašanje tih molekula se također promijenilo. Prije nego li je počeo eksperiment sveobuhvatnog nadgledanja ponašanja fulerena, molekule su uspješno savladavale prepreke (pokazujući svojstva valova) slične onima s elektronima, ali kasnije u prisutnosti promatrača fulereni su se počeli ponašati potpuno u skladu sa zakonima fizike.
Mjerenje čestica
Jedan on najpoznatijih zakona kvantne fizike je Heisenbergovo načelo neodređenosti. Taj zakon kaže da je načelno nemoguće odrediti točan položaj i brzinu neke čestice. Što smo točniji u mjerenju brzine neke čestice to ćemo teže odrediti njezin položaj. No valjanost kvantnih zakona koji vrijede kod sitnih čestica obično ne vrijede u našem svijetu velikih makroskopskih objekata.
To pokazuju i posljednja istraživanja profesora Schwaba iz Amerike. Kvantni efekti demonstrirani su ne samo na elektronima i fulerenima već i na nešto opipljivijima i većim objektima, sitnim aluminijskim trakicama.
Traka je bila fiksirana s obje strane, a njezino središte je visjelo tako da je moglo vibrirati pod vanjskim utjecajem. U blizini je bio smješten uređaj koji je mogao vrlo precizno izmjeriti položaj trake. Istraživači su na kraju došli do dva zanimljiva otkrića.
Prvo, bilo kakav pokušaj mjerenja položaja trake ili promatranja utjecao je na samu traku. Nakon svakog mjerenja položaj trake se promijenio. Generalno govoreći mjerenjem se mogao vrlo precizno odrediti položaj trake, ali prema Heisenbergovom principu traka je promijenila brzinu i zbog toga je promijenila svoj budući položaj.
Drugo, dogodilo se nešto posve neočekivano. Prilikom mjerenja došlo je do hlađenja trake. Dakle promatrač može promijeniti fizička svojstva objekta samom svojom prisutnošću.
Propadanje čestica
Kao što je dobro poznato radioaktivne čestice propadaju. Svaka čestica ima životni vijek koji se kako se čini može produžiti pod utjecajem promatrača. To svojstvo se pojavilo u teoriji tijekom 1960-tih, a eksperimentalnu potvrdu dobilo je 2006.
Nakon istraživanja koje je provela grupa znanstvenika predvođena nobelovcem Wolfgangom Ketterleom s MIT-a (Massachusetts Institute of Technology).
U tom eksperimentu proučavan je raspad nestabilnih atoma rubidija. Odmah nakon pripreme sustava uočena je ekscitacija atoma (razmjena energije među atomima) nakon što su atomi izloženi laserskim zrakama.
Promatranje je bilo vršeno na dva načina: kontinuirano (sustav je bio konstantno izložen pulsevima zračenja slabijeg intenziteta) te povremeno (sustav je povremeno zračen jačim pulsevima).
Rezultati istraživanja se potpuno poklapaju s teorijskim očekivanjima. Vanjski učinci usporili su vrijeme raspada čestica, vrativši ih čak u normalno stanje daleko od stanja propadanja. Snaga ovog efekta kod oba načina promatranja također je u skladu s predviđanjima.
Maksimalan životni vijek nestabilnih atoma rubidija povećan je i do 30 puta.
Kvantna mehanika i svijest
Elektroni i fulereni prestaju pokazivati svojstva valova, aluminijske trakice se hlade, a nestabilne čestice smrzavaju tijekom raspada i sve kad promatrač utječe na sustav. To je dovoljan dokaz da naši umovi utječu na funkcioniranje svijeta koji nas okružuje.
Možda su Carl Gustav Jung i Wolfgang Pauli (Austrijski fizičar i nobelovac, pionir kvantne fizike) u pravu nakon svega kad kažu da zakone fizike i svijesti moramo promatrati kao jednu cjelinu te da su ti zakoni komplementarni i ovise jedni o drugima.
Autor: Igor Okreša / Matrix World
Izvori:
5 Thought-Provoking Quantum Experiments Showing That Reality Is an Illusion
Five Thought-Provoking Quantum Experiments Showing That Reality Is an Illusion
