А что такое, мой друг, «наблюдатель» в этом контексте?
Коллега, в квантовой механике термин «наблюдатель» означает не человека, а любой измерительный прибор: например, детектор или зонд.
Не скажите, мой друг, ибо первым, кто «объяснил» эффект наблюдателя, был «великий математик» Фон Нейман, который предложил разделить всю ситуацию на три элемента:
- наблюдаемая квантовая система;
- измерительный прибор;
- наблюдатель (включая человека с его сознанием).
Однако, впоследствии (заметьте, не сразу) многие физико-математики и даже математики отвергли участие человеческого сознания в этом эффекте, оставив в качестве наблюдателя измерительный прибор. Но у многих так и осталось представление, что за двумя щелями наблюдает человек.
Интересная деталь: Фон Нейман прославился не только как математик, но и тем, что был членом комиссии, которая в 1945 году определяла города в Японии, которые подлежали атомной бомбардировке. Заметьте, комиссия собиралась поражать не военные объекты, а беззащитное гражданское население. Этот факт характеризует моральный уровень подонков из данной комиссии, в том числе и Фон Неймана.
Однако, мой друг, чтобы внятно объяснить эффект наблюдателя, нам надо познакомиться с волновой теорией света и выяснить, что представляют собой интерференция и дифракция волн.
Коллега, но нам известна интерференция и дифракция волн.
Не всем, мой друг, известно принципиальное различие этих явлений.
Не всем известно и о том, что волновую теорию света впервые сформулировал гениальный физик, астроном, изобретатель и основоположник теоретической механики Христиан Гюйгенс (1629 – 1695) в своём труде «Трактат о свете» (1690 год).
Ключевым элементом этой теории стал принцип Гюйгенса, который позволяет определить положение волнового фронта в следующий момент времени по его известному положению в текущий момент. Его суть в следующем:
- каждая точка среды, до которой дошла первичная волна, сама становится источником вторичных сферических волн;
- совокупность всех точек пространства, которых достигает световая волна в данный момент времени, является волновой поверхностью, или волновым фронтом;
- новое положение волнового фронта — это огибающая всех вторичных сферических волн;
- лучи, которые задают направление распространения волны, перпендикулярны волновой поверхности.
С помощью этого принципа Гюйгенс успешно вывел закон отражения и показал, что угол падения равен углу отражения. Более того, анализируя переход волны из одной среды в другую, он обосновал и закон преломления.
Коллега, Ньютон тоже изучал Природу света.
Изучал, мой друг, слишком громко сказано, ибо он больше списывал у других, не разбирая допущенных ошибок. Не имея собственного мнения, наш первый «гений» просто списал теорию Демокрита (жил на рубеже пятого и четвёртого веков до н. э.), который считал, что свет – это поток частичек (по латыни – корпускул), которые исходят из светящихся тел.
Однако, во-первых, данная теория неверно объясняла закон преломления, а во-вторых, она пасовала перед фактом независимого пересечения двух световых лучей в пространстве, которые не влияют друг на друга, в то время как корпускулы должны сталкиваться друг с другом.
Тем не менее, дутый «авторитет» Ньютона у математиков и многих физико-математиков настолько высок, что корпускулярная теория жизнеспособна и в настоящее время.
Коллега, а в чём заключается отличие законов преломления света у Гюйгенса и Ньютона?
Нет смысла, мой друг, тратить здесь время на этот пустяк, ибо доступный анализ этого отличия с доказательством неверных выводов Ньютона приведен Спиридоновым в его книге «Фундаментальные физические постоянные», Высшая школа, 1991, стр. 113-114.
Но вернёмся к волновой теории света. В 1801 году Томас Юнг (1773 – 1829) открывает явление интерференции света в своём знаменитом двухщелевом эксперименте.
Свет от первичного источника (например, Солнца) проходил через первую узкую щель. Это нужно было, чтобы получить когерентный первичный источник.
Справка: Когерентность (от латинского cohaerens — «связующий») означает согласованность, когда разные части работают вместе слаженно и предсказуемо. В физике когерентность означает, что несколько волн (световых, электронных или звуковых) колеблются синхронно с одинаковой частотой и фазой. Поэтому, когда они накладываются друг на друга, то либо усиливают друг друга (конструктивная интерференция), либо гасят (деструктивная интерференция).
Далее в этом опыте уже когерентные волны падают на плоскость с двумя щелями, которые стали вторичными, когерентными источниками света. Идея заключалась в том, чтобы разделить волну от одного источника на две, дать им пройти разные пути и снова свести вместе.
За плоскостью с двумя щелями располагался проекционный экран, на котором в той области, где перекрывались волны от этих щелей, и возникала интерференционная картина – система чередующихся светлых (максимумы) и тёмных (минимумы) полос.
Ширина интерференционных полос зависит от длины волны, расстояния между щелями и расстояния от щелей до экрана. Юнг даже вывел формулу для расчёта этого расстояния и с её помощью впервые оценил длины волн разных цветов видимого света. Повторяю, впервые оценил длины волн разных цветов видимого света.
Опыт Юнга убедительно доказал волновую природу света и серьёзно пошатнул позиции корпускулярной теории Демокрита – Ньютона.
Но настоящий триумф волновой теории наступил после серии блестящих работ Френеля (1788 – 1827), в которых он дополнил положения Гюйгенса интерференцией вторичных волн. Так появился принцип Гюйгенса — Френеля, который стал мощным инструментом для расчёта интенсивности света.
Более того, на основе метода разбиения волнового фронта вторичных источников на полуволновые зоны (зоны Френеля) была разработана в 1818 году теория дифракции света.
Кстати, при обсуждении этого метода академик Пуассон указал, что по утверждению Френеля в центре геометрической тени должно наблюдаться светлое пятно (пятно Пуассона), а это, по мнению академика, абсурд. Но вскоре, другой академик, Араго поставил соответствующий опыт и теория дифракции полностью подтвердилась.
Между интерференцией и дифракцией имеется принципиальное различие, ибо явление интерференции заключаются в наложении когерентных волн друг на друга (математики называют это суперпозицией). При этом, волны усиливают или гасят друг друга. А дифракция показывает, как волна распространяется в область геометрической тени.
Физический смысл:
- Интерференция отвечает на вопрос: что происходит, когда волны встречаются. Пример: два гребня усиливают друг друга, гребень и впадина гасят друг друга.
- Дифракция отвечает на вопрос: что происходит, когда волна встречает препятствие. За его краем появляется свет в области геометрической тени. Аналогично и звук слышен за углом, хотя источник не виден.
Итог:
- Интерференция – это взаимодействие волн.
- Дифракция – это взаимодействие волны с препятствием.
Как видите, эти явления описывают разные физические ситуации.
И наконец, в 1865 году Джеймс Максвелл (1831 – 1879) опубликовал работу «Динамическая теория электромагнитного поля», в которой объединил электромагнетизм и теорию света, показав, что свет — электромагнитная волна. Это окончательно утвердило волновую теорию в физике.
Ведь ранее электричество, магнетизм и оптика изучались раздельно, а Максвелл показал их глубокую внутреннюю связь, объединив два, казалось бы, разных раздела физики в единую теорию.
Более того, его теория предсказала существование и радиоволн, которые позже (в 1880-х годах) были экспериментально подтверждены Генрихом Герцем.
Таким образом, волновая теория Гюйгенса заложила фундамент, но для полного понимания Природы света потребовалось развитие идей Юнга, Френеля и Максвелла.
Коллега, всё это действительно интересно, но как быть с объяснением эффекта наблюдателя?
Теперь мы, мой друг, можем вернуться к эффекту наблюдателя, которым так гордятся математики и многие физико-математики, хотя никто из них не может внятно объяснить этот эффект. Вот их доводы:
Без наблюдения. Когда частицы (заметьте, электроны они называет частицами) направляются на экран с двумя щелями, то ведут себя как волны и создают на экране интерференционную картину — узор из чередующихся полос. По их мнению это означает, что каждая частица проходит одновременно через обе щели и взаимодействует сама с собой. Логика на грани фантастики.
С наблюдением. Если рядом со щелями поставить детектор, чтобы зафиксировать, через какую именно щель проходит частица, картина меняется. Сам факт измерения заставляет частицу вести себя как классический объект, проходящий строго через одну щель, и интерференционная картина исчезает.
Эффект наблюдателя в такой формулировке ставит под вопрос классические представления о реальности и объективности. И физики почти сразу увидели в этих доводах элементарную подгонку.
Коллега, разве есть этому конкретные факты?
Сейчас, мой друг, дойдём и до фактов. Математики считают, чтобы, «увидеть» или измерить положение волны (например, электрона, который фактически является полуволной), детектору нужно с ней провзаимодействовать. А это значит, что детектор передаёт электрону часть своей энергии и импульса, непредсказуемо изменяя его энергию. Это физическое вмешательство якобы и разрушает картину интерференции.
А если послушать физико-математиков, то у них это вмешательство разрушает хрупкое состояние суперпозиции и происходит коллапс волновой функции или декогеренция, то есть, система запутывается с прибором и средой, и квантовая «согласованность» теряется. Вам всё понятно?
Кстати, однажды фантазёру Фон Нейману задали простенький вопрос: почему его идея с наблюдателем не работает, если наблюдать одновременно за двумя щелями? Ведь наблюдатель есть, а интерференция не исчезает.
Ничего внятного в ответ на этот вопрос любознательные почитатели квантового мира так ничего и не услышали.
Пришлось физико-математикам менять отчасти идею «великого математика». Теперь не сам факт удара по частице убивает интерференцию, а именно информация о том, какой путь проделала частица. Мол, если детектор способен определить, через какую из двух щелей пролетела частица (хоть через левую, или через правую), то для квантовой механики этого уже достаточно.
Коллега, но если детектор определяет, что частица пролетела через, скажем, левую щель, то он и видит именно эту щель.
Великолепная мысль, мой друг. Но не быть вам физико-математиком, ибо они считают совершенно иначе. Если частица у них успевает «поделиться» информацией о своём пути с чем-то внешним, например, с детектором, то суперпозиция исчезает. Следовательно, исчезает и интерференция. На языке физико-математиков это и есть декогеренция. А на нормальном языке – обычная фантазия.
Коллега, но есть вариант, при котором информация о пути действительно может «убить» интерференцию. Например, перед каждой щелью ставим поляризатор: перед левой вертикальный, а перед правой горизонтальный. Теперь электрон с подходящим спином после щели несёт с собой «метку»: его поляризация говорит, через какую щель он прошёл.
С поляризацией, мой друг, всё ясно даже школьнику. Ведь вы собрались ставить перед каждой щелью два разных поляризатора. Но у нас не два поляризатора, а один детектор, который смотрит одновременно на обе щели и одинаково влияет на них. Вот тут и возникает вопрос: будет ли интерференция?
Для физико-математиков это не вопрос, ибо для них здесь ключевой момент не в том, что «влияет или не влияет», а в том – «различает или не различает пути». Если детектор одинаково видит обе щели и не может определить, через какую щель прошла частица, то интерференция возможна. Но, если детектор определил пройденную частицей щель, то это разрушает интерференцию.
Коллега, а кто знает, определил детектор щель, или не определил?
Это вам, мой друг, проще спросить у физико-математиков, но сразу скажу, что они тут же уведут вас в иные дебри.
Коллега, понятно, что вопрос риторический. Однако, детектор сразу определяет обе щели? Или возможен вариант, что детектор будет определять последовательно то левую, то правую щель?
Хороший вопрос, мой друг. И на него у физико-математиков внятного ответа тоже нет. Они просто считают, что детектор видит обе щели и каким-то образом определяет, через какую щель прошла каждая частица.
А у физиков главным аргументом здесь является то, что детектор видит одновременно две щели, из которых выходят не два прямолинейных луча, а две волновые сферы. Повторяю – две волновые сферы, которые, при этом, расширяются.
Если детектор видит обе эти расширяющиеся сферы, то они уже объединились между собой и входят в детектор общим потоком, сливаясь в один когерентный сигнал. Интерференция есть.
Поэтому оставляем рассуждение об одном детекторе для двух щелей и переходим к варианту: «две щели, но детектор смотрит только на одну из них».
Мнение математиков и многих физико-математиков и для этого случая нам уже известно. Мол, детектор видит путь следования электронов и, поэтому, интерференции нет.
Связь интерференции с путём следования волн они объясняют волновой функцией, то есть, математикой, невзирая на физический смысл процесса.
Коллега, а у физиков иное мнение?
Не только иное, мой друг, но и предельно простое и внятное. Что для этого нам известно?
1. Интерференция возможна только при наличии наложения двух (и более) волн с согласованными параметрами или, как говорят математики, когерентных волн.
2. У нас имеются две щели, пропускающие когерентные волны, но за одной из них, скажем за левой щелью, установлен детектор.
3. Этот детектор создаёт тень именно от левой щели (заметьте, создаёт тень!!!) и волны от неё уже не согласуются (не когерентны) с волнами от правой щели.
4. Исходя из требований пункта 1, интерференция не возможна – на экране остаются два размытых пятна.
Вывод: детектор «вырывает» одну щель из суперпозиции, и вся система перестаёт быть когерентной (согласованной). Физический смысл во всём своём величии.
Коллега, действительно всё очень просто.
Именно поэтому, мой друг, простые и внятные законы Природы, все ДОСТОИНСТВА этих законов нам должны объяснять именно ФИЗИКИ, а не обычные говоруны из числа физико-математиков.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
