|
Виктор Толстых
ПО ТУ СТОРОНУ ЭТОГО МИРА
Что находится по ту сторону этого Мира? У современных физиков найдётся немало версий о существовании иных миров, особенно если привлечь чудеса квантовой механики, про которые пишут и пишут. Я не хочу сомнительного ореола славы ниспровергателя великих теорий, но право на сомнение всё же оставляю за собой. А потому вперёд на самое, что ни на есть святое, и с песнями!
Итак, миры Дойча, Шрёдингера, Уилера. Странные миры. Давайте немного о них, а потом уже подумаем на холодную голову, а нужны ли они нам? В квантовой механике, наряду с легко принимаемыми на веру световыми квантами энергии - фотонами, есть чудеса, в которые можно верить или не верить. Понять их можно лишь частично, а чтобы принять требуется изрядное мужество или необыкновенная доверчивость, граничащая с легкомысленностью. И всё это на фоне множества зубодробительных формул!
Кошка Шрёдингера
Один из отцов создателей квантовой механики Эрвин Шрёдингер как-то объяснил жене свою идею квантовых состояний на следующем примере: Представим, что в совершенно изолированном ящике находится кошка, ампула с ядом, очень слабый источник радиоактивности и некое устройство на базе счётчика Гейгера. Когда в результате случайного альфа распада ядра устройство срабатывает на попадание в него гамма кванта, оно молоточком разбивает ампулу, яд распространяется по ящику и кошка умирает. Задача: не открывая крышку, определить в момент времени T от начала эксперимента жива кошка или нет.
Шрёдингер утверждает, что пока крышка не открыта, кошка ни жива себе и ни мертва, поскольку волновая функция не схлопнута. Т.е. как бы от способа открывания крышки зависит: жива ли всё ещё кошка. Странный мысленный эксперимент, но он вполне в духе квантовой механики. На этом уровне физики мыслят, на этом уровне обсуждают квантовомеханические эффекты, а уж сколько слёз пролито по этой несчастной кошечке!
Я встречал в Интернете даже целые общества защиты данного конкретного животного и аналоги митьковых произведений о том, как кошечка всё же сумела избежать своей печальной участи, сбежать от физиков-мучителей и прожить остаток своей кошачьей жизни в неге и довольстве. Среди приличных людей, математиков. Я так думаю J.
Отложенный выбор Уилера
Профессор Джон Арчибальд Уилер, соратник Эйнштейна, совершенно серьёзно считает, что прошлым можно управлять из настоящего. Из его очень серьёзной теории следует, что прошлое в основном находится в неопределённом состоянии, т.е. было нечто или не было, так оно было или не так, неопределено до тех пор, пока мы не начали копать.
Представим, говорит действующий профессор, которому давно за 90, что мы наблюдаем галактику, находящуюся за гравитационой линзой.
Мы видим на небе два её изображения, путь от которых фотоны проходят за разное время, но когда собираем свет от обоих изображений, то получаем интерференционную картину.
Для интерференции фотоны должны прийти одновременно. Как фотоны догадываются, когда им надо было испуститься из той галактики, чтобы, обогнув гравитационную линзу с разных сторон, попасть на нашу фотопластинку одновременно? Квантовая механика на всё даёт ответ, и маститые учёные мужи удовлетворённо кивают головами. А ведь действительно, как и в случае с кошкой Шрёдингера, пока не подставили фотопластинку, (т.е. не открыли крышку ящика) галактика (кошка) находилась в неопределённом состоянии и не знала, когда ей фотоны испускать. У галактики есть отложенный выбор, когда точно испускать фотон в точности тогда, когда мы на галактику посмотрим или подставим под её фотоны фотопластинку.
Некоторые галактики находятся от нас на расстоянии миллиардов световых лет. Поэтому чтобы свет он них дошёл до нас сейчас, он должен был быть испущен миллиарды лет назад. Нужно быть стопроцентным физиком, чтобы не усомниться, что наш эксперимент с фотопластинкой сегодня способен оказать корректирующее воздействие на далёкую галактику в далёком прошлом, миллиарды лет назад, и она послушно испустила в нужной паре направлений нужные пару фотонов, ни долей секунды раньше, ни долей секунды позже.
Мультиверсы Дойча
Некогда молодой Уолш Этвеш в своей диссертации предположил, на основании положений квантовой механики, что существует множество параллельных вселенных. Эти вселенные не взаимодействуют на макроуровне, но в микромире на уровне квантовомеханических взаимодействий, взаимовлияние этих миров возможно. Впоследствии эту идею развил Дойч, довёл до формул, теорем и множества публикаций в солидных журналах.
Появилась парадигма мультиверсов Дойча. Мультиверс это своеобразный генератор виртуальной реальности, который обладает определенным репертуаром сред, которые он создает. И в которые мы погружаемся. Каждая виртуальная среда, вселенная - это многомерное гиперпространство, расслоенное на 4-мерные пространства-времена. Параллельные вселенные обладают непредсказуемыми свойствами. Параллельные вселенные взаимодействуют посредством квантовой интерференции, частицы из параллельных миров проявляются как духи, т.е. частицы не несущие ни энергии, ни импульса. Вот так круто?
Откуда это всё, и с какого бодуна понаехало?
Да всё та же волновая функция Шрёдингера и проклятая интерференция там, где её не должно быть. Представьте себе(опыт Юнга), что есть источник света и фотопластинка. Между ними экран с узкой вертикальной щелью.
В результате, на фотопластинке появится вертикальная полоса с размазанными/размытыми дифракцией краями. Теперь пусть будет экран с двумя параллельными щелями. Вместо двух вертикальных полос появится целая куча вертикальных параллельных полосок за счёт взаимной интерференции волн, идущих от двух щелей.
Пока всё нормально и понятно. Но, как мы знаем, световая волна может быть разбита на ряд квантов - фотонов, которые можно выпускать из источника отдельно, с большими перерывами. Тогда вероятность того, что фотоны придут на фотопластинку одновременно, становится ничтожно малой и никакой интерференции возникать не должно не с чего. Однако она ЕСТЬ!
Этот опыт впервые был проделан двести лет назад и повторён лишь недавно в1976 году. И всё это время физики-теоретики упорно мыслили, создавая свои бессмертные произведения теорфизических искусств. Знаменитый Ричард Фейнман высказался по его поводу так: "We choose to examine a phenomenon which is impossible, absolutely impossible, to explain in any classical way, and which has in it the heart of quantum mechanics. In reality, it contains the only mystery."
Вопрос: с чем интерферирует одиночный фотон, прошедший через одну из щелей, если других фотонов в этот момент в округе не было?
Вот тут и начинается катавасия с параллельными мирами. Этвеш и Дойч (а с ними наш новосибирский профессор Гуц) объясняют, что в этот самый момент в параллельной вселенной параллельные физики проводят параллельно точно такой же эксперимент. И всё у них совершенно также как у нас, с точностью до квантовомеханической неопределённости-неточности или, скажем так преднамеренного отличия. Т.е. у них фотон в то же самое время испустился, но пошёл через другую щель и проинтерферировал с нашим фотоном в нашей Вселенной, который пошёл через ту самую щель, что надо. Надо быть ну совсем физиком, чтобы в такую дребедень поверить, но они ведь свято верят как в икону, и иного объяснения этому двухщелевому опыту не имели, не имеют и иметь никогда уже не будут. Им сладко верится лишь в параллельные миры!
Однако мы не физики. Мы математики, т.е. люди мы сугубо приземлённые и практичные, от сохи. Давайте подумаем логично, в чём загвоздка в задачке? Поможем братьям по разуму, так сказать. Геометрия задачи ведь простая: точечный источник, две щели, два фотона и один экран. Если два фотона приходят одновременно, то интерференция будет. Если нет, то интерференции не должно быть, однако она есть. Значит, во втором случае что-то неверно из посылок: 1) фотоны приходят неодновременно 2) интерференции не должно быть
Физики почему-то циклятся на первом, пытаясь показать, как можно в квантовой механике заставить фотоны путешествовать парами. Т.е. вопреки здравому смыслу приходить одновременно, чтобы им на радость проинтерферировать как надо. А мне, как нефизику, совершенно непонятно почему НЕ должно быть интерференции, если фотоны приходят НЕодновременно? Мы-то ведь видим не мгновенный результат наложения электромагнитых полей двух фотонов, а результат аккумуляции зарядов с фотохимическими превращениями на фотопластинке в результате длительного эксперимента - экспозиции. Что происходит с фотопластинкой, кто о ней подумал- позаботился? Про неё забыли, а в ней-то, наверное, всё и дело.
Конечно, я не специалист по химии фотопластинок, но зато имел дело с другого рода регистраторами фотонов сцинтилляторами. Поэтому некоторое представление есть. Молекула, поглотившая в первичном процессе квант света, приобретает избыточную энергию, поэтому такую молекулу называют возбужденной. В отличие от теплового воздействия, когда возбуждаются колебательные движения молекулы и возрастает ее кинетическая энергия, при поглощении фотона энергия передается электронам. С электронно возбужденной молекулой могут происходить самые разнообразные процессы. Некоторые из них не связаны с химическими превращениями и называются фотофизическими процессами. Так ли грешно предположить, что возбуждение имеет определённую направленность и может быть снято другой волной, если она придёт в противофазе? Возбуждение, которое оставляет в регистраторе фотон-волна, не снимается мгновенно флюоресценцией, внутренней конверсией энергии или выделением свободных атомов серебра, а терпеливо ждёт следующих фотонов. Это возбуждение можно схематично представить как поляризацию зарядов их смещение в зависимости от вектора электрического поля. Фотон пришёл и исчез, а поляризация осталась. Следующий фотон поляризует заряды по-своему, но уже с учётом поляризации, оставшейся от предыдущего фотона. Т.е. в каких-то местах поляризация усилится, где-то лишь повернётся, где-то уменьшится, а где-то совсем исчезнет - заряды вернутся в исходное положение.
Не моё дело досконально копаться в том, как и что там в этой фотоплёнке/фотопластинке/фотобумаге происходит под действием света. Тем более, что неизвестны толком такие малосущественные детали этого эпохального эксперимента как состав фотопластинки, время экспозиции, условия проявки пр. Можно для примера предположить, что по ту сторону экрана стояла прозрачная фотопластинка с толстым слоем галогенида серебра (AgBr, AgCl, AgI) на желатиновой основе. Под действием света фотонов, происходит выпадание металлического серебра из молекулы. Причём длится это долго и в микроскопических количествах, на уровне нескольких атомов на кристалл галогенида. Как я понимаю, падение световой волны приводит к возбуждению группы кристаллов, причём эти возбуждения имеют вектора направленности, соответствующие электрической составляющей падающей волны. Последующее воздействие электрического поля того же знака может привести к выпадению серебра или, наоборот, к снятию возбуждения, если поле будет противоположного знака. Сейчас время экспозиции сотые доли секунды, а в 19-м веке, до изобретения сенсибилизаторов, было до получаса. Т.е. если какую-то область на такой пластинке попеременно облучать светом в противофазе, даже с большими интервалами, то она останется незасвеченной. Вот так (синим цветом) выглядит наложение двух волн (красный и зелёный цвет) одинаковой амплитуды с небольшой разницей периода, которая возникает из-за разницы расстояний от двух щелей до фотопластинки
Таким образом, не вдаваясь в дальнейшие тонкости, в которых мы совсем не специалисты и совершенно ничего не смыслим, мы постулируем наличие векторной памяти в кристаллах галогенида серебра, что позволяет фиксировать интерференцию электромагнитных волн, пришедших в разное время. Так ли это фантастично как параллельные миры, мультиверсы, отложенные события или ни живая, ни мёртвая, т.е. вечно полудохлая кошка в ящике Шрёдингера? Осталось поставить опыт: источник когерентного света и две щели, которые с большой частотой попеременно закрываются, чтобы исключить одновременное попадание света от обеих. Я просто уверен, что интерференция будет она ну просто не может не быть. J
СПб, 7 апреля 2005
|
