2.1 Эффект наблюдателя. Двухщелевой опыт

Возвращаясь к играм, можно вспомнить, что в виртуальности мы видим определенную картинку перед собой, когда смотрим вперед. Но если мы резко повернемся или передвинем компьютерную мышку, то некая «локация» не появляется моментально, а несколько секунд (или меньше) прогружается перед тем, как она наполнится текстурами и четкостью. 

По такому же принципу работает наше зрение. Ученые называют это эффектом наблюдателя. Эффект наблюдателя - это теория о том, что определение свойств объекта изменяет его свойства. В квантовой механике наблюдением называют измерение свойств, а наблюдателем - измерительные приборы. Свойства меняются, поскольку измеряемый объект взаимодействует с измерительными приборами.

До измерения, согласно квантовой механике, объект находится в суперпозиции нескольких допустимых для него состояний. Суперпозиция - это вероятность, с которой объект обладает теми или иными свойствами.

После измерения все свойства объекта изменяются, и он переходит в состояние, соответствующее измерениям. 

Когда квантовый «наблюдатель» наблюдает, квантовая механика утверждает, что частицы также могут вести себя как волны, но лишь в момент наблюдения. Этот эксперимент называется «Двухщелевой опыт», который впервые был проведен Томасом Юнгом в 1801 году. Это может быть справедливо для электронов на субмикронном уровне, то есть на расстояниях менее одного микрона или одной тысячной миллиметра. Когда они ведут себя как волны, электроны могут одновременно проходить через несколько отверстий в барьере, а затем снова встречаться на другой стороне. Эта встреча известна как вмешательство. Теперь самое абсурдное в этом феномене заключается в том, что оно может возникнуть только тогда, когда его никто не наблюдает.

Как только наблюдатель начинает наблюдать частицы, проходящие через отверстие, полученное изображение резко меняется: если можно увидеть частицу, проходящую через одно отверстие, ясно, что она не прошла через другое отверстие. Другими словами, под наблюдением электроны более или менее вынуждены вести себя как частицы, а не как волны. Таким образом, сам акт наблюдения влияет на экспериментальные результаты. 

Чтобы продемонстрировать это явление, Институт Вейцмана построил крошечное устройство размером менее одного микрона с барьером с двумя отверстиями. Затем они направили поток электронов к барьеру. Наблюдатель в этом эксперименте не был человеком. Вместо этого они использовали крошечный детектор электронов, который мог обнаружить присутствие проходящих электронов. Способность квантового «наблюдателя» обнаруживать электроны может быть изменена путем изменения его электрической проводимости или силы тока, проходящего через него. Помимо «наблюдения» или обнаружения электронов, детектор не влиял на ток. Тем не менее ученые обнаружили, что само присутствие «наблюдателя» детектора возле одного из отверстий вызывало изменения в интерференционной картине электронных волн, проходящих через отверстия барьера. По факту, этот эффект зависел от «количества» наблюдения: когда способность «наблюдателя» обнаруживать электроны увеличивалась, другими словами, когда уровень наблюдения повышался, помехи ослабевали; напротив, когда его способность обнаруживать электроны была снижена, а наблюдение ослаблено, помехи увеличились. Таким образом, контролируя свойства квантового наблюдателя, ученым удалось контролировать степень его влияния на поведение электронов.