Ключову проблему квантової фізики можна подолати, змінивши наші уявлення про природу реальності.

Квантова теорія перевертає наші уявлення про функціонування Всесвіту. Вчені-фізики вважають, що необхідно переглянути основні принципи, на яких ґрунтується наше розуміння реальності.

Один із піонерів квантової теорії Нільс Бор, насправді, не мав особливого інтересу до сутності реальності. Його дослідження зосереджувалися на атомах, електронах, фотонах та інших базових елементах Всесвіту. Бор стверджував, що основне завдання фізики полягає не в тому, щоб визначити, якою є природа, а в тому, що ми можемо про неї сказати. Цей вислів є надзвичайно важливим у контексті квантової фізики, як зазначає New Scientist.

У Фокус. Технології запустили власний Telegram-канал. Приєднуйтесь, щоб бути в курсі найактуальніших і найцікавіших новин з області науки!

Проблема восприятия реальности.

Квантова теорія відкриває захоплюючий світ субатомних частинок, де панують дивні явища. Частинки можуть перебувати одночасно в двох різних місцях, час може здаватися зупиненим, а сама концепція порожнього простору втрачає сенс. Чи може наша реальність насправді бути такою? Деякі вчені, такі як Нільс Бор, вважають, що не варто говорити про реальність як таку, а краще зосередитися на нашому сприйнятті. Проте є й інші фізики, які дотримуються думки, що реальність складається з об'єктів, які існують незалежно від нашого знання про них. Вони є представниками реалістичного підходу.

Наприклад, канадський фізик Роберт Спеккенс прагне позбавити реальність від квантового хаосу, який панував у ній протягом багатьох років. Він вважає, що реальність залишається істинною лише тоді, коли ми відкриті до переосмислення того, що насправді означає термін "реальна".

Квантова механіка вже майже століття вважається однією з найуспішніших теорій у науці. Її розуміння частинок та їхніх взаємодій стало основою для розвитку багатьох складних технологій. Проте на початкових етапах виникали значні труднощі з прийняттям деяких її наслідків.

Дивацтва квантової фізики

Припустимо, у вас є дві закриті непрозорі коробки: в одній з них лежить кулька, а в іншій — квантова частинка, такою як електрон. Коли ви відкриваєте коробку з кулькою і вимірюєте її позицію, ви можете бути впевнені, що до вашого спостереження все залишиться незмінним. Однак електрон підлягає квантовим законам, і немає простого способу зв'язати його невидиме минуле з його станом під час вимірювання. Тому фізики змушені використовувати хвильову функцію для опису минулого частинки, яка надає лише ймовірнісну інформацію про те, де електрон може перебувати. Це ставить питання про справжню природу явища і кидає виклик реалістичним уявленням. Якщо електрон дійсно існує, чому ж він не проявляє себе так, як звичайна кулька?

Квантова переплетеність

Переконливість нашого сприйняття реальності стає ще більш під питанням, якщо зосередитися на двох частинках. Якщо вони виявляються квантово заплутаними, їхні властивості виявляються взаємопов'язаними, навіть коли між ними лежать великі відстані. Це викликає суперечності з принципом локальності, згідно з яким для того, щоб об'єкти могли взаємодіяти, вони повинні знаходитись у фізичній близькості один до одного.

Отже, як же впоратися з цією явно недосяжною картиною дійсності? Врешті-решт, можна стверджувати, що жодної проблеми не існує, якщо відволіктися від самої реальності і зосередитися лише на наших уявленнях про неї.

Однак Спеккенс переконаний, що якщо квантові явища виглядають незвично, то науковці не враховують певні аспекти. За його словами, реалізм означає віру в те, що світ існує окремо від нашого сприйняття і що існує об'єктивна істина щодо його природи. Деякі дослідники вживають термін локальний реалізм, в якому не існує аномальних квантових явищ.

Відбулося безліч спроб розробити альтернативну версію квантової механіки, яка б відповідала принципам локального реалізму. Проте жодна з цих ініціатив не досягла значного успіху.

За словами Спеккенса, той факт, що ще не досягнуто консенсусу щодо того, як інтерпретувати формули квантової теорії, означає, що жодна з пропозицій не є правильною.

Чому досі не існує єдиної теорії, яка б поєднувала квантову механіку та теорію відносності?

Однією з ключових задач сучасної фізики є інтеграція квантової теорії з загальною теорією відносності, запропонованою Ейнштейном. Мета полягає в створенні єдиної теорії, яка змогла б пояснити всі основні сили природи в єдиному контексті. Проте досягти цього поки не вдалося.

Спеккенс вважає, що причиною цих проблем є наше неправильне сприйняття квантової теорії в її сучасному вигляді. Він не єдиний, хто прагне зберегти концепцію реалізму. Раніше деякі фізики висловлювали припущення, що незвичності квантових явищ можна роз'яснити через існування прихованих змінних. Це означає, що повинна існувати якась невідома або незмірна змінна, яка може пояснити, чому частинка, коли ми її спостерігаємо, переходить з хвильової функції в конкретне місцезнаходження.

Необхідно переглянути концепцію реальності.

Спеккенс усе ж таки вважає, що настав час для перевизначення реальності і для цього змінити визначення її основ.

"Я обираю підхід, який полягає у твердженні: ні, давайте залишимося вірними нашим принципам, виходячи з концепції, що хвильова функція насправді відображає неповну інформацію. Проте, давайте переглянемо рамки, в яких ми намагаємося уявити реальність," -- зазначає фізик.

Спеккенс підкреслює одну з ключових проблем квантової теорії: наявність двох різних типів інформації. Це своєрідна комбінація, яка частково відображає реальність природи, а частково є результатом неповних знань людства про неї. Фізик стверджує, що цю проблему необхідно розв'язати.

За словами дослідника, елементи квантової теорії можна розділити на дві основні групи:

Спеккенс та його команда створили метод, що чітко розділяє причинність і наслідок. Цей метод відкриває нові горизонти в розумінні реальності та пропонує альтернативний спосіб міркування.

У той час як фізики зазвичай розглядають частинки, поля та об'єкти як ключові складові реальності, нова структура вчених фокусується не на об'єктах, а на відносинах між ними. Це говорить про те, що ми не можемо відокремити опис об'єкта від інших об'єктів, з якими він взаємодіє. Іншими словами, ми не можемо вважати, що реальність складається з реальних об'єктів, тільки на підставі реальних відносин.

Зараз Спеккенс і його колеги взялися за кілька основних положень квантової теорії, таких як співвідношення невизначеності, які встановлюють фундаментальні обмеження на те, як точно можна виміряти властивості квантових об'єктів. Фізики намагаються визначити, яка частина кожного квантового явища має бути приписана чомусь квантовому, що кидає виклик інтуїтивному розумінню реальності.

"Друг Вігнера"

Науковці вважають, що існує спосіб перевірити нову концепцію реальності, який міг би стати справжньою сенсацією, якщо його вдасться реалізувати. Ця ідея базується на уявному експерименті, відомому як "Друг Вігнера". У цьому сценарії одна особа спостерігає за квантовою частинкою, що знаходиться в коробці, тоді як інша людина, перебуваючи за межами лабораторії, спостерігає як за своїм другом, так і за частинкою. Однак ці двоє ніколи не можуть дійти спільного висновку щодо стану частинки, що призводить до розбіжностей у їхніх сприйняттях реальності.

Як повідомляв Фокус, дослідники вважають, що походження Всесвіту не відповідає традиційним уявленням, і вони виявили причини, чому космос має плоску форму. На думку вчених, існує можливість знайти сліди давніх етапів існування Всесвіту, які передували Великому вибуху.