Наблюдатель и квантовый мир

Фото из архива ЕМ

Наша наука - греческая наука - основана на объективации, посредством которой она отрезала себе путь к адекватному пониманию Субъекта познания, разума. И я убежден, что это именно та точка, в которой наш ныне существующий способ мышления нуждается в коррекции, быть может, путем переливания крови восточной мысли.
Эрвин Шредингер

Почему ученые игнорировали проблему сознания

Научный подход к исследованию окружающей действительности с позиций материализма за последние столетия внедрил в общество устойчивое однобокое мировоззрение, в котором бессмысленная материальная субстанция является единственной и последней реальностью. При этом космос лишь механическое нагромождение галактик и звезд, а наша планета - затерянная в этом космическом хаосе пылинка. Жизнь на ней - специфический, редкий и в конечном итоге бесполезный процесс, - скорее всего, случайная природная аномалия, а человеческое сознание, его "я",  - исчезающая вместе со смертью тела сущность.

Такая одноцветная, мрачная и плоская картина мира естественным образом приводит думающего человека к вопросу о смысле своего существования, ответа на который он не находит. В итоге в обществе формируется духовный пессимизм, приводящий к единственной целевой установке на обладание только материальными ценностями и сиюминутными удовольствиями, как возможным  реальным способом наполнения своего существования смыслом.  Однако многие ученые понимали, что подобная модель мироздания представляет собой лишь грубое отражение реального мира, в котором наверняка отсутствуют нужные и очень важные детали.

Одной такой важной деталью, которая оставалась по ряду причин за пределами научного анализа, был феномен сознания. Сознание никоим образом не появлялось и не входило в уравнения классической физики, его просто не существовало в раскрываемых наукой закономерностях, оно было всегда за рамками научного подхода. Но такой ограниченный взгляд имел право на жизнь лишь на раннем этапе научного познания. При дальнейшем более глубоком проникновении в тайны мироздания эта ограниченность должна была о себе заявить.

И действительно c развитием квантовой механики возникла неясность со свойствами электрона и с ролью наблюдателя в эксперименте. Как выяснилось, электрон обладает двойственной природой, а результаты эксперимента зависят от условий наблюдения, задаваемых наблюдателем. Вопрос напрямую затрагивает взаимодействие сознания наблюдателя с окружающей действительностью.

Двойственная природа микромира и не только его

Для понимания двойственности свойств материи микромира обратимся к простому двух щелевому эксперименту. Наверняка, этот эксперимент многим читателям известен из школьной физики.

Суть эксперимента в том, что поток электронов (квантов света) направляют через перегородку  с одной или двумя узкими прорезями - щелями на фотопластинку. Если щель одна - на фотопластинке появляется единственная светлая полоска, то есть электроны ведут себя как частицы. Когда две щели - появляется не две, а множество полосок, то есть электроны в этом случае ведут себя как волны. На фотопластинке возникает типичная интерференционная картинка. При этом ширина щелей и расстояние между ними - порядка длины световой волны пучка, который на них падает. Любопытно то, что при попытке зафиксировать посредством миниатюрного прибора, через какую щель проходит электрон, интерференционная картинка разрушается. Словно электроны знают, что “за ними подглядывают или их считают”, и ведут себя как частицы. То есть, "загадочная природа" придает свету квантовые свойства: то свойства волны, то частицы, - в зависимости от условий наблюдения.

Еще в 1924 году Луи де Бройль предположил, что такие свойства характерны не только для света, но и вообще для всяких частиц. Эксперименты с протонами, нейтронами и даже атомами полностью подтвердили в дальнейшем это предположение. Более того, в конце 1999 года австрийскими учеными продемонстрированы волновые свойства молекул фуллерена C70. Это самые большие объекты, у которых наблюдали волновые свойства.

Многочисленные эксперименты убедительно показывают, что какие бы частицы мы не брали, все они проявляют в определенных условиях волновые свойства. Сегодня известны примеры проявления квантовых свойств частиц не только в микромире, но и в макроскопических масштабах, например, явление  сверхтекучести  жидкого гелия. В действительности квантовые объекты не являются ни классическими волнами, ни классическими частицами, приобретая свойства первых или вторых лишь в некотором приближении.



Влияние измерений на объект.

Одним из важнейших вопросов, возникающих в связи со свойствами измерения квантовых состояний, является вопрос выяснения роли наблюдателя (или его сознания) в ходе измерения. Совсем недавно группа ученых из Венского университета (Цайлингер и др.) провела эксперименты на молекулах фуллерена, "нагреваемых" в процессе полета лазерным лучом так, что они могут излучать свет и тем самым обнаруживать свое место в пространстве. В результате фуллерены значительно теряли свои свойства "огибать препятствия" - тем самым было показано, что роль наблюдателя способна выполнять окружающая среда: одна только принципиальная возможность обнаружить положение фуллерена изменяла исход эксперимента. Роль наблюдателя здесь состояла  в создании условий эксперимента (в данном случае в нагреве фуллерена лазером), в соответствии с которыми природа давала тот или иной ответ.
 
А вот ученые из США, во главе с профессором Швабом, экспериментально показали недавно, что измерение положения квантового объекта и сам объект тесно связаны между собой. В частности, ими было обнаружено, что при измерении положения объекта изменялось его пространственное состояние. Более того, оказалось, что измерения понижают температуру объекта. По словам Шваба, посредством измерений можно охладить объект лучше любого холодильника

В этих исследованиях ученые обнаружили проявление законов квантового мира не только в опытах с элементарными частицами, но и с крупными объектами. Они установили, что, наблюдая за объектом, можно не только изменять его положение, но и его энергию.

А вот в опытах, проведенных в МИТ (США) под руководством Нобелевского лауреата Вольфганга Кеттерле, наблюдалось тридцатикратное замедление распада нестабильной микрочастицы. Впервые было проведено сравнение влияния импульсного и непрерывного наблюдения за квантовой системой на процесс распада. При импульсном воздействии облачко атомов облучалось "пулеметной очередью" из коротких и мощных световых импульсов, быстро следовавших друг за другом через равные промежутки времени. При непрерывном воздействии облачко в течение некоторого времени облучалось лучом малой, но постоянной мощности.

Опыты показали, что при обоих типах воздействия имеет место замедление распада возбужденного состояния. Причем, чем сильнее воздействие (то есть, чем плотнее очередь импульсов в первом опыте и чем больше мощность света во втором), тем существеннее замедление распада.

Происхождение такого парадоксального  явления, по мнению исследователей, можно объяснить в самых простых словах так: “В квантовой механике любое измерение или даже наблюдение "возмущает" измеряемую частицу. Если она "пытается распадаться", то наблюдение возвращает ее (почти) в исходное квантовое состояние, из которого она пытается распасться снова. Именно поэтому слишком частое наблюдение за частицей существенно удлиняет время ее распада”.

От влияния измерения до влияния сознания наблюдателя на реальность всего один шаг

Мысль о необходимости включения сознания наблюдателя в теорию высказывалась многими учеными с первых лет существования квантовой механики. Например, это было характерно для взглядов Юнга и Паули. В работе Вигнера содержится даже гораздо более сильное утверждение: сознание не только необходимо включить в теорию измерения, но сознание может влиять на реальность.

Сегодня этот подход плодотворно развивает профессор Менский. Он пишет: "По-видимому, приходится сделать вывод, трудно принимаемый физиками: теория, которая могла бы описывать не только множество альтернативных результатов измерения и вероятностное распределение по ним, но и механизм выбора одного из них, обязательно должна включать сознание".

Итак, снова в квантовой физике обозначились две неясности: как происходит выбор одной альтернативы при квантовом измерении, и какова при этом роль сознания? Ученым известно, что две трудные проблемы иногда более эффективно решать одновременно. Видимо, правы были Юнг и Паули, когда говорили, что законы физики и законы сознания должны рассматриваться как взаимно-дополнительные. Отсюда можно предположить, что роль сознания при квантовых измерениях состоит в выборе одной из всех возможных альтернативы. Рассуждая далее на основе такой гипотезы, можно заметить, что от нее остается лишь небольшой шаг до мысли Вигнера о том, что сознание может влиять на реальность.

Более того, как выразился профессор Уиллер, акт наблюдения, по сути, есть акт творения, и что деятельность сознания обладает созидательной силой. Все это говорит о том, что мы не можем больше рассматривать себя как пассивных наблюдателей, не влияющих на объекты нашего наблюдения.