Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир

В первом приближении суть принципа дополнительности сводится к тому, что квантовые объекты представляют собой и волны, и частицы, но мы можем видеть с помощью той или иной экспериментальной обстановки только один аспект. Это, несомненно, правильное понимание, однако опыт учит нас некоторым тонкостям. Например, мы также должны говорить, что электрон — это не волна (поскольку волновой аспект никогда не проявляется для единичного электрона) и не частица (поскольку он появляется на экране в местах, запрещенных для частиц). Тогда, будучи осмотрительными в своей логике, мы должны говорить и что фотон — это ни не-волна, ни не-частица, чтобы избежать неправильного понимания нашего употребления слов «волна» и «частица». Это очень похоже на логику жившего в I в. н. э. философа- идеалиста Нагарджуны — самого проницательного логика традиции буддизма Махаяны. Восточные философы передают свое понимание окончательной реальности словами нети, нети (ни это, ни то). Нагарджуна сформулировал это учение в виде четырех отрицаний:

Она не существует.

Она не является несуществующей.

О ней нельзя утверждать,

что она и существует и не существует.

Или что она не является ни

существующей, ни несуществующей.

Чтобы лучше понять дополнительность, предположим, что мы возвращаемся к предыдущему эксперименту, на этот раз используя слабые батареи, чтобы сделать фонарь, которым мы освещаем электроны, несколько более тусклым. Повторяя эксперимент, показанный на рис. 17, с все более и более тусклым светом фонаря, мы обнаруживаем, что интерференционная картина начинает снова появляться, делаясь все более отчетливой по мере того, как свет фонаря становится все более тусклым (рис. 18). Когда фонарь совсем выключен, возвращается полная интерференционная картина.

Рис. 18. При использовании более тусклого фонаря отчасти возвращается интерференционная картина

По мере того как фонарь тускнеет, число фотонов, рассеивающих электроны, уменьшается, так что некоторым электронам удается полностью избежать быть «видимыми» посредством света. Те электроны, которые видимы, появляются позади щели 1 или щели 2, именно там, где бы мы ожидали их найти. Каждый из не увиденных электронов разделяется и интерферирует сам с собой, образуя на экране интерференционную картину, когда его достигнет достаточное число электронов. В предельном случае яркого света видна только корпускулярная природа электронов; в предельном случае отсутствия света видна только волновая природа. В промежуточных случаях тусклого света в аналогичной промежуточной степени видны оба аспекта: то есть здесь мы видим электроны (хотя никогда один и тот же электрон) как одновременно и волны, и частицы. Таким образом, волновая природа волночастицы не является свойством всей совокупности, но должна оставаться в силе для каждой индивидуальной волночастицы, когда мы на нее не смотрим. Это должно означать, что волновой аспект единичного квантового объекта трансцендентен, поскольку мы никогда не видим его проявленным.

Происходящее помогает объяснить ряд картинок (рис. 19). На картинке внизу слева мы видим только букву W; это соответствует использованию яркого фонаря, который показывает только корпускулярную природу электронов. Затем, двигаясь вверх от картинки к картинке, мы начинаем видеть орла — точно так же, как при уменьшении яркости света некоторые электроны избегают наблюдения (и локализации), и мы начинаем видеть их волновую природу. Наконец, на последней, верхней правой картинке, можно разглядеть только орла; фонарь выключен, и теперь все электроны представляют собой волны.

Рис. 19. Последовательность W—Орел

Нильс Бор как-то сказал: «Те, кто не испытал шок при первой встрече с квантовой теорией, вероятно, ее не поняли». По мере того как мы начинаем постигать действие принципа дополнительности, этот шок сменяется пониманием. Тогда официальный марш предсказательной науки, справедливой либо для волны, либо для частицы, преобразуется в творческий танец трансцендентной волночастицы. Когда мы локализуем электрон, выясняя, через какую щель он проходит, то открываем его корпускулярный аспект. Когда мы не локализуем электрон, не обращая внимания на то, через какую щель он проходит, то открываем его волновой аспект. В последнем случае электрон проходит через обе щели.

Эксперимент отложенного выбора

Следует ясно понимать это уникальное свойство принципа дополнительности: то, какой атрибут раскрывает квантовая волночастица, зависит от выбираемого нами способа ее наблюдения. Лучше всего важность сознательного выбора в формировании проявленной реальности демонстрирует эксперимент отложенного выбора, предложенный физиком Джоном Уиллером.

На рис. 20 показан прибор, в котором луч света разделяется на два луча равной интенсивности — отраженный и проходящий — с помощью полупрозрачного зеркала М₁. Затем оба луча отражаются двумя обычными зеркалами А и В и достигают точки пересечения Р справа.

Для обнаружения волнового аспекта волночастицы мы используем феномен интерференции волн и помещаем в точке Р второе полупрозрачное зеркало М₂ (рис. 20, внизу слева). Теперь зеркало М₂ заставляет обе волны, создаваемые лучом, который разделяется зеркалом М₁ созидательно интерферировать по одну сторону Р (если поместить туда счетчик фотонов, то он будет щелкать) и разрушительно интерферировать по другую сторону (где счетчик никогда не щелкает). Заметьте, что при обнаружении волнового модуса фотонов мы должны признавать, что каждый фотон разделяется в зеркале M₁ и движется обоими путями А и В, а иначе как может быть интерференция?

Поэтому когда зеркало M₁ разделяет луч, каждый фотон потенциально готов двигаться обоими путями. Если теперь мы решаем обнаруживать корпускулярный модус волночастиц фотонов, мы убираем зеркало М₂ из точки Р (чтобы предотвратить рекомбинацию и интерференцию) и помещаем за точкой пересечения Р счетчики, как показано на рис. 20 внизу справа. Тот или другой счетчик будет щелкать, определяя локализованный путь волночастицы — отраженный путь А или проходящий путь В — и демонстрируя корпускулярный аспект.

Рис. 20. Эксперимент отложенного выбора. ВНИЗУ СЛЕВА: экспериментальная обстановка для видения волновой природы фотонов. Один из детекторов никогда не обнаруживает никаких фотонов, свидетельствуя о погашении вследствие интерференции волн. Фотон должен был разделиться и проходить по двум путям одновременно. ВНИЗУ СПРАВА: обстановка для видения корпускулярной природы фотонов. Оба детектора щелкают, но попеременно, показывая, по какому пути движется фотон

Самая хитрая часть эксперимента состоит в следующем: в эксперименте отложенного выбора экспериментатор решает, помещать или нет полупрозрачное зеркало в точку Р — измерять или нет волновой аспект, — в самый последний момент, в самую последнюю пикосекунду (10^-12 с) (это было реально осуществлено в лаборатории). По существу это означает, что фотоны уже прошли точку разделения (если думать о них как о классических объектах). Даже в таком случае помещение зеркала в точку Р всегда показывает волновой аспект, а не помещение показывает корпускулярный аспект. Двигался ли каждый фотон по одному пути или по двум? По-видимому, фотоны мгновенно и ретроактивно реагируют даже на наш отложенный выбор. Фотон проходит по одному пути или по обоим в точном соответствии с нашим выбором. Каким образом он знает о нем? Предшествует ли во времени следствие нашего выбора