Вернемся к тому, что такое квантовая механика и как мы можем ее использовать.

Невидимый вид

Ладно, так что вы чувствуете кофе, вы почти бодрствуете. Ваши глаза готовы к дневному свету, они моргают и дают свет. Когда вы думаете об этом, частицы света, проникающие в ваше лицо и ваши глаза, возникли миллион лет назад в центре солнца, в то время, когда наши предки начали использовать огонь. Солнце даже не посылало частицы, называемые фотонами, если бы они не были нужны для того же явления, которое могло бы стать основой нашего запаха, квантового туннелирования.

Около 150 миллионов километров отделяет Солнце и Землю, фотоны занимают всего восемь минут, чтобы преодолеть это расстояние. Большинство их путешествий происходит на солнце, где типичный фотон тратит миллионы лет, пытаясь убежать. Масса хранится в середине нашей звезды, где водород примерно в 13 раз плотнее свинца, а фотоны могут перемещаться только на бесконечно малую долю секунды до поглощения ионов водорода, что затем снимает фотон на путь солнца и т. Д. Примерно через миллиард такие взаимодействия, наконец, вызывают фотон на поверхности Солнца, который блистал миллионы лет.

Квантовая механика (© Джей Смит)

Фотонов никогда не возникнет, и солнце не светит, если квантовое туннелирование не будет. Солнце и все другие звезды создают свет путем ядерного слияния, разрушая ионы водорода и создавая гелий процессом, который выделяет энергию. Каждую секунду солнце превращается примерно в 4 миллионов тонн массы. Только ионы водорода, как и одиночные протоны, имеют положительные электрические заряды и отталкиваются друг от друга. Итак, как они могут сливаться друг с другом?
В квантовом туннелировании волновая природа протонов позволяет им иногда легко перекрываться, как волны, которые соединяются с поверхностью пруда. Пополняясь, протонные волны приближаются настолько, что дополнительная сила, такая как сильная ядерная сила, которая работает только на очень малых расстояниях, может преодолеть электрическое отталкивание частиц. Затем протоны разрушаются и высвобождают один фотон.

Наши глаза очень чувствительны к фотонам

Наши глаза превратились в очень чувствительные к этим фотонам. Некоторые недавние эксперименты показали, что мы можем даже обнаружить отдельные фотоны, что дает интересный вариант: могли ли люди обнаружить некоторые особые случаи квантовой механики? Означает ли это, что человек, как фотон или электрон или несчастный кот Шредингера, мертв и жив в то же время, если он непосредственно участвует в квантовом мире? Как может выглядеть такой опыт?

Человеческий глаз

«Мы не знаем, потому что никто не пробовал, - говорит Ребекка Холмс, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Три года назад, когда она училась в Университете штата Иллинойс в Урбане-Шампейн, Холмс был частью команды во главе с Полом Квиатом, который показал, что люди могут обнаружить короткую молнию из трех фотонов. В 2016 она обнаружила, что конкурирующая группа ученых во главе с физиком Алипавой Вазири из Университета Рокфеллера в Нью-Йорке обнаружила, что люди действительно видят отдельные фотоны. Однако мы видим, что опыт не может быть точно описан. Вазири, она попыталась увидеть вспышки фотонов и рассказала журналу Nature: «Это не похоже на свет. Это почти ощущение на пороге фантазии ».

Квантовая механика - эксперименты

В ближайшем будущем Холмс и Вазири ожидают, что эксперименты позволят проверить, что люди воспринимают, когда фотоны помещаются в особые квантовые состояния. Например, физики могут связать одиночный фотон с тем, что они называют суперпозицией, когда фотоны существуют одновременно в двух разных местах. Холмс и ее коллеги разработали эксперимент, включающий два сценария, чтобы проверить, могут ли люди непосредственно воспринимать суперпозицию фотонов. В первом сценарии один фотон достигнет либо левой, либо правой стороны сетчатки человека, и можно будет заметить, на какой стороне сетчатки он ощущает фотон. Во втором сценарии фотон будет помещен в квантовую суперпозицию, которая позволит ему сделать, казалось бы, невозможное - лететь одновременно к правой и левой сторонам сетчатки.

Можно ли найти свет по обе стороны сетчатки? Или взаимодействие фотонов в глазу может привести к разрушению суперпозиции? Если так, было бы так же часто справа, как и слева, как предполагает теория?

Ребекка Холмс говорит:

«Основываясь на стандартной квантовой механике, фотон суперпозиции, вероятно, не будет отличаться от фактически случайно отправленного фотона влево или вправо».

Если окажется, что некоторые участники эксперимента действительно воспринимали фотон на обоих сайтах одновременно, означает ли это, что сам человек находился в квантовом состоянии?

Ребекка Холмс добавляет:

«Можно сказать, что наблюдатель был один в квантовой суперпозиции в незначительное время, но никто еще не пробовал этого, поэтому мы действительно не знаем. Вот почему мы можем сделать такой эксперимент ».

Вы воспринимаете свой собственный путь

А теперь вернемся к чашке кофе. Вы чувствуете кружку как сплошной кусок материала, прочно контактирующий с кожей вашей руки. Но это просто иллюзия. Мы никогда ничего не трогаем, по крайней мере, не в смысле двух твердых предметов, которые касаются. Более 99,9999999999 процентов атома состоит из пустого пространства, причем почти вся масса сосредоточена в ядре.

Квантовая механика (© Джей Смит)

Когда вы держите чашку руками, кажется, что его сила исходит от сопротивления электронов в чашке и в руке, Сами электроны вообще не имеют объема, они представляют собой только кажущиеся нулевые размеры отрицательного поля электрического заряда, окружающего атомы и молекулы подобно облаку. Законы квантовой механики ограничены конкретными уровнями энергии вокруг атомов и молекул, Когда рука захватывает чашу, она толкает электроны с одного уровня на другой, и для этого требуется энергия мышц, которую мозг интерпретирует как сопротивление при касании чего-то твердого.

Наше ощущение прикосновения основано на чрезвычайно сложном взаимодействии между электронами вокруг молекул нашего тела и молекулами объектов, которые мы касаемся. Из этой информации наш мозг создает иллюзию, что у нас есть твердое тело, которое перемещается по миру, полному других твердых объектов. Контакт с ними не дает нам точного ощущения реальности. Возможно, ни одно из наших восприятий не соответствует тому, что происходит на самом деле. Дональд Хоффман, когнитивный невролог из Калифорнийского университета в Ирвине, считает, что наши чувства и мозг эволюционировали, чтобы скрывать истинную природу реальности, а не открывать ее.

«Моя идея состоит в том, что факт, что бы это ни было, слишком сложный, и для его обработки требуется слишком много времени и сил».

Сравнение мирового изображения в мозге с графическим интерфейсом на компьютере

Хоффман сравнивает образ построения мира в нашем мозгу с графическим интерфейсом на экране компьютера. Все цветные значки на экране, такие как корзина, указатель мыши и папка с файлом, не связаны вообще с тем, что действительно происходит внутри компьютера. Это просто абстракции, упрощения, которые позволяют нам общаться со сложной электроникой.

Согласно мнению Хоффмана, эволюция изменила наш мозг, чтобы функционировать так же, как графический интерфейс, который не дает миру совершенно верно. Эволюция не поддерживает развитие точного восприятия, она использует только то, что позволяет выжить.

Как говорит Хоффман:

«Форма доминирует над реальностью».

Хоффман и его аспиранты тестировали сотни тысяч компьютерных моделей в последние годы, чтобы проверить свои идеи в симуляциях искусственных форм жизни, оспаривающих ограниченные ресурсы. В любом случае организмы запрограммированы на то, чтобы отдать предпочтение физической подготовке, когда реалии не совпадают с реалиями, которые сделаны для точного восприятия.

Например, если один организм предназначен для точного восприятия, например, общего количества воды, присутствующей в окружающей среде, он сталкивается с организмом, который настроен на то, чтобы воспринимать что-то более простое, например, оптимальное количество воды, необходимое для того, чтобы оставаться в живых. Таким образом, хотя один организм может создать более точную форму реальности, это свойство не увеличивает его выживаемость. Исследование Хоффмана привело его к замечательному выводу:

«В той мере, в какой мы настроены поддерживать жизнь, мы не будем настроены на реальность. Мы не можем этого сделать.

Квантовая теория

Его идеи совпадают с тем, что некоторые физики считают центральной идеей квантовой теории - восприятие реальности не совсем объективно, мы не можем отделиться от мира, который мы наблюдаем.

Хоффман полностью рассматривает эту точку зрения:

«Пространство - это просто структура данных, а физические объекты сами по себе представляют собой структуры данных, которые мы создаем в полете. Когда я смотрю на холм, я создаю эту структуру данных. Затем я смотрю в другое место и нарушаю эту структуру данных, потому что мне это больше не нужно ».

Как показывает работа Хоффмана, мы еще не рассмотрели весь смысл квантовой теории и то, что она говорит о природе реальности. На протяжении большей части своей жизни Планк сам стремился понять теорию, которую он помог создать, и всегда верил в объективное восприятие Вселенной, существующей независимо от нас.

Он когда-то писал о том, почему он решил посвятить себя физике, по совету своего учителя:

«Внешний мир - это нечто независимое от человека, это нечто абсолютное, и поиск законов, которые применяются к этому абсолютно, кажется мне самым возвышенным научным опытом жизни».

Возможно, понадобится еще один век, прежде чем другая революция в физике докажет, был ли он прав или неправ, как его профессор Филипп фон Джолли.