Давайте повернемося до того, що таке квантова механіка і як ми можемо її використовувати.

Невидимий погляд

Добре, так що ти відчуваєш каву, ти майже прокинувся. Ваші очі готові до денного світла, вони блимають і пускають світло. Коли ви думаєте про це, частки світла, що надходять до вашого обличчя, і ваші очі виникли мільйони років тому в центрі сонця, коли наші предки почали використовувати вогонь. Сонце навіть не надсилатиме частки, звані фотонами, якщо вони не були потрібні для того самого явища, який могло б стати основою нашого запаху - квантового тунелювання.

Про 150 мільйонів кілометрів відокремлює Сонце і Землю, фотони приймають всього вісім хвилин, щоб подолати цю дистанцію. Більшість їх подорожей відбувається всередині сонця, де типовий фотон витрачає мільйони років, намагаючись втекти. Маса потім зберігається в середині наших зірок, де водень становить близько 13 рази щільніше, ніж свинець, і фотони можуть переміщатися тільки мізерну часток секунди, перш ніж бути поглиненими іони водню, які потім пожежі фотонів подорожувати від сонця, і т.д .. Після мільярда такі взаємодії, нарешті, з'являються фотон на поверхні Сонця, який світиться мільйони років.

Квантова механіка (© Джей Сміт)

Фотони ніколи не виникнуть, і сонце не світить, якби не було квантового тунелювання. Сонце та всі інші зірки створюють світло за допомогою ядерного синтезу, порушуючи іони водню, і створюючи гелій за допомогою процесу, який вивільнює енергію. Кожну секунду Сонце перетворюється на приблизно 4 мільйонів тонн маси. Тільки іони водню, як і одиночні протони, мають позитивні електричні заряди і відштовхуються один одному. Так як вони можуть злитися один з одним?
При квантовому тунелювання хвильова природа протонів дозволяє їм іноді легко перекриватися, як хвилі, які з'єднуються з поверхнею водойми. Те, що перекриття протонних хвилі поставляється досить близько, так що додаткова сила, такі як сильна ядерна сила, яка діє тільки при дуже малих відстанях, він може подолати електричне відштовхування частинок. Тоді протони згортаються і звільняють один фотон.

Наші очі дуже чутливі до фотонів

Наші очі перетворилися на дуже чутливу до цих фотонів. Деякі недавні експерименти показали, що ми можемо навіть виявити окремі фотони, що дає цікавий варіант: чи можуть люди виявити деякі особливі випадки квантової механіки? Чи означає це, що людина, як фотон або електрон або нещасний кот Шредінгера, одночасно мертва і жива, якщо він безпосередньо бере участь у квантовому світі? Як може виглядати такий досвід?

Людське око

"Ми не знаємо, тому що ніхто не пробував", - каже Ребекка Холмс, фізик Національної лабораторії Лос-Аламо в Нью-Мексико. Три роки тому він закінчив університет штату Іллінойс в Урбана-Шампань, Холмс був частиною команди, на чолі з Полом Kwiat, який показав, що люди можуть виявити короткі спалахи світла, що складається з трьох фотонів. У 2016 виявив, що конкуруючі групи вчених на чолі з фізиком Alipas Vaziriovou в Університеті Рокфеллера в Нью-Йорку виявили, що люди насправді побачити навіть окремі фотони. Ми бачимо, однак, цей досвід може бути не точно описаний. Вазірі, вона намагалася побачити спалахи фотонів і сказала журналу Nature: "Це не схоже на бачення світла. Це майже відчуття на порозі фантазії ".

Квантова механіка - експерименти

У найближчому майбутньому очікується, що експерименти Холмса і Вазірі перевірятимуть те, що люди сприймають, коли фотони вводяться в особливі квантові стани. Наприклад, фізики можуть зв'язати один фотон з тим, що вони називають суперпозицією, де є фотони в двох різних місцях одночасно. Холмс і її колеги запропонували експеримент із двома сценаріями, щоб перевірити, чи можуть люди безпосередньо сприймати суперпозицію фотонів. У першому сценарії один фотон або потрапляв би в ліву або праву сторону сітківки людини, і можна було б помітити, на якій стороні сітківки відчувався фотон. У другому сценарії фотон буде поміщений в квантову суперпозицію, щоб дозволити йому зробити її неможливою - одночасно пролетівши до правої та лівої сторін сітківки ока.

Чи можна буде знайти світло з обох боків сітківки? Чи буде взаємодія фотона в око змусити суперпозицію згортати? Якщо так, чи буде це так само часто праворуч, як зліва, як пропонує теорія?

Ребекка Холмс каже:

"На основі стандартної квантової механіки фотон суперпозиції, ймовірно, не буде виглядати інакше, ніж насправді випадково спрямований фотон вліво або вправо".

Якщо виявиться, що деякі учасники експерименту дійсно сприймали фотон на обох ділянках одночасно, чи означає це, що людина була в квантовому стані?

Ребекка Холмс додає:

"Можна сказати, що спостерігач був одиноким у квантовій суперпозиції в трохи незначний час, але поки що ніхто цього не пробував, тому ми не знаємо. Ось чому ми можемо провести такий експеримент ".

Ви сприймаєте свій власний шлях

Тепер давайте повернемося до чашки кави. Ви відчуваєте кружку як тверде шматочок матеріалу, міцно стикаючись зі шкірою своєї руки. Але це просто ілюзія. Ми ніколи нічого не торкаємося, принаймні, не в сенсі двох твердих шматків матерії, які торкаються. Більше, ніж 99,9999999999 відсотка атома складається з порожнього простору, з майже всією масою, орієнтованої на ядро.

Квантова механіка (© Джей Сміт)

Коли ви тримаєте чашку своїми руками, здається, що його сила походить від опору електронів в чашці і в руці. Самі електрони взагалі не мають жодного об'єму, це лише видимі нульові розміри поля негативного електричного заряду, що оточують атоми та молекули, як хмара. Закони квантової механіки обмежені певними енергетичними рівнями навколо атомів і молекул. Коли рука захоплює чашку, вона виштовхує електрони з одного рівня в інший, і це вимагає енергії м'язів, яку мозок тлумачить як опору при дотику до чогось твердого.

Наше відчуття дотику ґрунтується на надзвичайно складній взаємодії електронів навколо наших молекул тіла та молекул об'єктів, до яких ми торкаємося. З цієї інформації наш мозок створює ілюзію, що у нас є тверде тіло, яке рухається навколо світу, повного інших твердих предметів. Контакт з ними не дає нам точного відчуття реальності. Цілком можливо, що жодне з наших уявлень не відповідає тому, що насправді відбувається. Дональд Хоффман, когнітивний невролог з Каліфорнійського університету, Ірвін, вважає, що наші органи чуття та мозок еволюціонували, щоб затемнити справжню природу реальності, а не відкрити її.

"Моя ідея полягає в тому, що той факт, що б він не був, занадто складний, і для цього потрібно зайве багато часу та енергії".

Порівняння світового зображення в мозку з графічним інтерфейсом на комп'ютері

Хофман порівнює зображення побудови світу в нашому мозку з графічним інтерфейсом на екрані комп'ютера. Всі кольорові значки на екрані, такі як кошик, покажчик миші та папка файлів, взагалі не пов'язані з тим, що дійсно відбувається всередині комп'ютера. Це просто абстракції, спрощення, які дозволяють нам спілкуватися зі складною електронікою.

З точки зору Хофмана, еволюція змінила наш мозок, щоб функціонувати так само, як графічний інтерфейс, який не справляє світ цілком сумлінно. Еволюція не підтримує розвиток точного сприйняття, вона використовує лише те, що дозволяє вижити.

Як каже Гофман:

"Форма домінує над реальністю".

Хоффман і його аспіранти в останні роки намагалися сотні тисяч комп'ютерних моделей, щоб перевірити свої ідеї в моделюванні штучних форм життя, що конкурують за обмежені ресурси. У будь-якому випадку, організми запрограмовані на те, щоб віддавати перевагу фізичній формі, коли реалії не такі самі, як ті, які зроблені для точного сприйняття.

Наприклад, якщо один організм побудований, щоб точно сприймати, наприклад, загальна кількість води, присутні в навколишньому середовищі, і працює в організм, який налаштований, щоб відчувати щось більш просте, наприклад оптимальну кількість води, необхідне, щоб залишитися в живих. Таким чином, в той час як один організм міг би створити більш точну картину реальності, це властивість не підвищує її живучість. Дослідження Хоффмана привели його до важливого висновку:

"Наскільки ми налаштовані підтримувати життя, ми не будемо пристосовані до реальності. Ми не можемо це зробити ".

Квантова теорія

Його думки згодні з тим, що деякі фізики вважали, як центральна ідея квантової теорії - сприйняття дійсності не є повністю об'єктивним, ми не можемо відокремити від світу, який ми спостерігаємо.

Гофман повністю розглядає цю точку зору:

"Простір - це просто структура даних, і фізичні об'єкти самі по собі є структурами даних, які ми створюємо в польоті. Коли я дивлясь на пагорб, я створюю цю структуру даних. Тоді я шукаю в іншому місці і розбиваю цю структуру даних, тому що мені це більше не потрібна ".

Як показує робота Гофмана, ми ще не розглянули повний зміст квантової теорії та того, що вона говорить про природу реальності. Більшу частину свого життя сам Планк прагнув зрозуміти теорію, яку допомагав створити, і завжди вірив в об’єктивне сприйняття Всесвіту, який існував незалежно від нас.

Він одного разу писав про те, чому він вирішив присвятити себе фізиці, проти поради свого вчителя:

«Зовнішній світ щось залежить від людини, то є щось абсолютне і пошук законів, які відносяться до цієї абсолютної, як мені здалося, як самий піднесений науковий досвід життя.»

Можливо, це займе ще одне століття до того, як ще одна революція в фізиці довела б, чи він був правий чи неправий, як його професор Філіп фон Джоллі.