Жизнь в пустоте: Квантовое осознание

Человек, живущий в осязаемом мире, порой не в силах представить себе явления и закономерности, описываемые квантовой физикой. Сознание отказывается воспринимать их не как нечто абстрактное, а как реальность, в которой мы живем.

Команда исследователей из университета штата Аризона (ASU) попыталась сформировать более четкое понимание того, как эфемерный квантовый мир «перетекает» в привычную, воспринимаемую нашими органами чувств реальность.

В классическом мире, в котором мы живем, все, что нас окружает, имеет некоторый набор характеристик, которые можно измерить и сопоставить: размер, вес, цвет, форму, текстуру… Квантовый мир – это мир базовых «кирпичиков» материи – атомов и элементарных частиц. Но большая часть «объема» атома (около 99%) – это пустое пространство, «заполненное» лишь энергией.

Таким образом, с точки зрения квантового мира и мы сами, и все, что существует вокруг нас – по большому счету «пустое место», а наше восприятие классического мира – «плод нашего воображения, сформированный органами чувств», по словам профессора ASU Дэвида Ферри (David Ferry).

Уже более века ученые пытаются найти «недостающее звено», связывающее классический и квантовый мир и делающее возможным переход от почти пустого пространства к знакомому окружению.

Выводы группы ученых, работа которых опубликована в журнале Physical Review Letters, основываются на теориях квантового дарвинизма и декогеренции, предложенных Войцехом Зуреком  из Лос-Аламосской национальной лаборатории. 

Концепция декогеренции описывает процесс «коллапса» многих квантовых состояний в некую «широкую диаспору», или дисперсию, при взаимодействии с окружающей средой. С точки зрения квантового дарвинизма, декогеренция является процессом «естественного отбора» тех квантовых состояний, которые не нарушаются при контакте со средой.

Окончательное, стабильное состояние, «выжившее» в процессе декогеренции («pointer state») многократно копируется и может наблюдаться в макроскопическом масштабе.

Экспериментальное подтверждение этой теории было получено при наблюдении с помощью сканирующего атомно-силового микроскопа так называемых квантовых точек.

Представьте себе квантовую точку как бильярдный стол со всего двумя лузами, через каждую из которых шар может как попасть на стол, так и покинуть его. При отсутствии трения шар мог бы отскакивать от бортов, пока не нашел бы выход (это состояние, «отсеянное» в результате декогеренции). Но существуют и траектории, которые так и не приведут шар к выходу (pointer state). Одно из отличий классической физики, описывающей поведение бильярдных шаров, и физики квантового мира в том, что электрон способен проложить себе «туннель» через потенциальный барьер, тогда как шар, закатившийся на бильярдный стол через лузу, не сможет достичь изолированной траектории.

Наращивание амплитуды волновых функций электронов вдоль подобной «изолированной траектории» исследователи называют «шрамированной» (scarred ) волновой функцией. Для экспериментального измерения этих «шрамов» представьте, что мы не можем видеть, что творится на бильярдном столе, но можем подсчитать вылетевшие с него шары – фактически, измерить ток через квантовую точку.

Повторяющиеся в квантовой точке структуры были интерпретированы исследователями как многочисленные копии одного и того же pointer state, испытавшего декогеренцию.

Ферри говорит, что полученные результаты – это всего лишь небольшой шаг на пути к пониманию того, как осуществляется переход от квантового мира к классическому. Квантовый дарвинизм – одна из гипотез, пытающихся объяснить, что же на самом деле происходит в основе физической реальности.