Misterele fizicii cuantice: Observatorul unui experiment influenţează comportamentul sistemului (Video)

Material video pe pagina originală a Epoch Times România

Mulţi fizicieni au învăţat să folosească legile mecanicii cuantice şi chiar să prezică anumite fenomene bazându-se pe calculele cuantice, însă nimeni nu a reuşit până în prezent să înţeleagă de ce observatorul unui experiment determină comportamentul sistemului şi cum anume îl poate face să favorizeze o stare în defavoarea alteia. Vă prezentăm o serie de experimente ale căror rezultate sunt în mod inevitabil influenţate de observator - o posibilă dovadă a intervenţiei conştiinţei umane în realitatea materială.

Consecinţa logică a acestor evenimente, aşa cum a fost ea gândită de marii fizicieni ai lumii a condus la mai multe ipoteze zguduitoare: că realitatea este o hologramă, că timpul nu există, că trecutul, prezentul şi viitorul sunt "prezente" în acelaşi loc iar noi doar le parcurgem, şi că liberul arbitru nu există.

Experimentul celor două fante

Celebrul fizician Richard Feynman, laureat al premiului Nobel pentru fizică în 1965, a afirmat că fenomenul este o provocare ce ne poate duce spre înţelegerea „celui mai mare mister” al mecanicii cuantice, rămas neexplicat.

Luăm o cutie opacă, pe un perete al cutiei facem o fantă îngustă. Pe peretele opus punem hârtie fotografică, la interior. Dacă plasăm cutia în faţa unui emiţător fotonic (fotonul mai este numit şi cuanta de lumină), care să trimită fotoni prin fantă, în interiorul cutiei, vom putea observa că hârtia foto a înregistrat o dâră longitudinală - în mijloc o parte neagră (corespunzătoare zonei din faţa fantei pe unde au intrat fotonii care au lovit hârtia fotografică). Dâra se atenuează spre margini.

În principiu, acesta este rezultatul la care ne-am aştepta. Cea mai mare "cantitate" de lumină se concentrează pe zona vis-a-vis de fantă, existând o parte a fotonilor care se dispersează de la poziţia centrală, către stânga şi dreapta. Acest rezultat se datorează caracterului "de particulă", de "materie" a fotonului, care în aceste condiţii se manifestă ca o particulă.

Apoi schimbăm experimentul, şi luăm o cutie cu două fante paralele.

Dacă fotonul ar fi "particulă", poate ne-am aştepta să observăm pe hârtia fotografică două dâre întunecate, paralele, situate la o distanţă una faţă de cealaltă - o distanţă egală cu cea dintre fantele prin care au intrat fotonii (vezi video). Însă realitatea ne arată că nu este aşa. Vom obţine un "şablon de interferenţă", constând în benzi luminoase şi întunecate, paralele, care alternează la distanţe inegale.

Acest lucru a fost explicat prin faptul că de această dată fotonii acţionează ca o undă - nu ca particule. Cele două fante acţionează ca surse punctuale de undă în interiorul cutiei, interacţionând una cu cealaltă. Uneori ele se întăresc reciproc, iar alteori se neutralizează reciproc, precum undele circulare de la suprafaţa apei.

Dacă repetăm experimentul cu două fante, dar aruncăm fotoni unul câte unul, încât ei să nu interfereze, fără să ştim prin ce fantă trec, tot vom obţine şablonul de interferenţă, deşi în principiu un foton nu poate interfera cu el însuşi. Acest lucru a făcut teoreticienii să dezvolte nişte ecuaţii complicate care să explice cum particulele pot fi şi unde, afirmând că acestea se pot afla în mai multe locuri în acelaşi timp.

Cu toate acestea misterul apare atunci când repetăm experimentul, punând însă un observator în dreptul uneia dintre fante, pentru a vedea pe unde intră fotonul. În mod surprinzător, pe hârtia fotografică obţinem o singură bandă întunecată, ca şi cum fotonul observat şi-ar pierde calitatea de undă.

De fapt nu numai fotonii au acest comportament, dar chiar şi atomii şi moleculele. Misterul introduce noţiunea de observator, care modifică rezultatul prin simpla sa prezenţă. Acest lucru ia în calcul existenţa conştiinţei, element prin care subiectul experimentului devine conştient de existenţa observatorului.

Pentru elucidarea acestui mister au fost oferite numeroase explicaţii teoretice. Unele dintre ele au avansat ipoteza conform căreia actul de observaţie din partea unei entităţi conştiente, respectiv al unei minţi, joacă un rol crucial. Actul de observaţie ar avea ca efect alterarea stării materiei la nivel cuantic.

Fullerenele încălzite

Experimentele privind difracţia particulelor au fost efectuate nu numai pentru electroni, ci şi pentru obiecte mult mai mari. De exemplu, folosind fullerene, molecule mari şi închise formate din zeci de atomi de carbon (de exemplu, fullerenele de 60 de atomi de carbon sunt foarte similare cu forma unei mingii de fotbal, o sferă goală formată din pentagoane şi hexagoane).

Potrivit themindunleashed.org, un grup de oameni de ştiinţă de la Universitatea din Viena condus de profesorul Zeilinger, a încercat să introducă un element de observaţie în aceste experimente. Pentru a face acest lucru, ei au iradiat moleculele fullerene în mişcare cu un fascicul laser. Apoi, încălzite de o sursă externă, moleculele au început să strălucească şi în mod inevitabil şi-au afişat prezenţa în spaţiu pentru observator.

Comportamentul moleculelor s-a schimbat, de asemenea. Înainte de începutul unei astfel de supravegheri, fullerenele au evitat cu succes obstacole (afişând proprietăţi specifice undelor), similar cu exemplul anterior cu fotonii. Dar, mai târziu, în prezenţa unui observator, fullerenele au început să se comporte precum particule fizice obişnuite, care respectă complet legile non-cuantice.

Particule radioactive instabile

Deşi particulele radioactive instabile se dezintegrează singure, fiecare particulă având o anumită durată de viaţă, aceasta se pare, după cum veţi observa, că poate creşte sub ochiul atent al observatorului.

Acest efect cuantic a fost prezis prima dată în anii 1960 şi dovada experimentală a acestui efect a apărut într-un articolul publicat în 2006 de către grupul condus de laureatul Premiului Nobel pentru Fizică, Wolfgang Ketterle, de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.

În această lucrare, a fost studiată descompunerea izotopilor instabili de rubidiu excitaţi. Imediat după pregătirea sistemului, excitaţia atomilor a fost observată prin expunerea la un fascicul laser. Observaţia a fost realizată în două moduri: continuu (sistemul a fost în mod constant expus la impulsuri de lumină mici) şi prin impulsuri – pulse-like (sistemul a fost iradiat din timp în timp cu impulsuri mai puternice).

Rezultatele obţinute sunt perfect în acord cu previziunile teoretice. Efectele luminii externe au încetinit descompunerea izotopilor. Magnitudinea acestui efect pentru cele două moduri de observaţie coincide, de asemenea, cu predicţiile. Durata maximă de viaţă a izotopilor instabili de rubidiu excitaţi a fost prelungită de până la 30 de ori.

Principiul incertitudinii

Una dintre cele mai celebre legi din lumea fizicii cuantice este principiul incertitudinii al lui Heisenberg, care afirmă că este imposibil să se determine în acelaşi timp viteza şi poziţia unui obiect cuantic. Cu cât mai exact măsurăm impulsul unei particule, cu atât mai puţin precis putem măsura poziţia sa. Dar de obicei valabilitatea legilor cuantice care operează pe particule minuscule rămâne neobservată în lumea noastră de obiecte macroscopice de dimensiuni mari.

Experimentele realizate de profesorul Keith Schwab în SUA sunt cu atât mai valoroase cu cât nu s-au axat pe demonstrarea efectelor cuantice la nivel de electroni sau molecule fullerene, ci pe un obiect mic, dar tangibil, o bandă mică de aluminiu.

Această bandă a fost fixată pe ambele părţi, astfel încât mijlocul ei să fie într-o stare suspendată şi să poată vibra sub influenţa externă. În plus, un dispozitiv capabil să înregistreze cu exactitate poziţia benzii a fost plasat lângă ea.

Ca urmare, cercetătorii au venit cu două concluzii interesante. În primul rând, orice măsurătoare a poziţiei obiectului şi orice observare a benzii au afectat banda în sine. După fiecare măsurătoare poziţia benzii s-a schimbat. În general vorbind, cercetătorii au determinat coordonatele benzii cu mare precizie şi, prin urmare, conform principiului Heisenberg, i-au schimbat viteza şi, ca urmare poziţia ulterioară.

În al doilea rând, ceea ce a fost destul de neaşteptat, este că unele măsurători au condus de asemenea la răcirea benzii. Deci, observatorul poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor doar prin prezenţa lui acolo.

Mecanica cuantică şi conştiinţa

Sub ochiul atent al observatorului, lumea se schimbă: electronii şi fullerenele încetează să-şi demonstreze proprietăţile lor de undă, plăcile de aluminiu se răcesc şi particule instabile îngheaţă în timp ce trec prin procesul de descompunere. Ar putea fi aceasta dovada implicării conştiinţei noastre în modul în care funcţionează lumea? În acest context, poate că afirmaţiile lui Carl Jung şi ale lui Wolfgang Pauli (fizician austriac şi laureat al Premiului Nobel, pionier al mecanicii cuantice) potrivit cărora legile fizicii şi conştiinţa ar trebui să fie considerate complementare au fost corecte.

În toate aceste experimente cu observaţii, experimentatorii au avut un impact inevitabil asupra sistemului. De aici deducem un principiu comun şi foarte important: nu se poate observa sistemul sau măsura proprietăţile sale fără a interacţiona cu acesta, şi în cazul în care există o interacţiune, va avea loc o modificarea a proprietăţilor sale.

S-ar părea că ne aflăm la doar un pas de a admite că lumea din jurul nostru este doar un produs iluzoriu al minţii noastre.