რეალობის კვანტური ილუზია

 ბოლომდე ვერავის გაუგია რა არის კვანტური მექანიკა. რა თქმა უნდა, ფიზიკოსებმა კვანტურ გამოთვლებზე დაფუძნებული კანონების გამოყენება და მოვლენების წინასწარმეტყველება ისწავლეს, თუმცა აქამდე გაურკვეველია, დამკვირვებელი რატომ ახდენს ექსპერიმენტზე, სისტემის ქცევაზე ზეგავლენას და აიძულებს მას, ორიდან ერთ-ერთი მდგომარეობა მიიღოს.

 შეიძლება ითქვას, რომ დამზერის მერევე კვანტური სისტემა კლასიკური ხდება და სხვა მდგომარეობებში ყოფნას მომენტალურად წყვეტს, გარდა იმისა, რომელ მდგომარეობაშიც იქნა შემჩნეული. ასეთ დასკვნას მოწინააღმდეგეები გამოუჩნდნენ (ა. აინშტაინი – „ღმერთი კამათლით არ ითამაშებს“), თუმცა, გამოთვლებისა და წინასწარმეტყველებათა სიზუსტემ თავისი გაიტანა.

 წარმოსახვითი ექსპერიმენტით, რომელიც ერვინ შროდინგერმა წარმოადგინა, კვანტური მექანიკის არასრულფასოვნება უნდოდა ეჩვენებინა, სუბატომური ნაწილაკებიდან მაკროსკოპულ (დიდ) სისტემებზე გადასვლისას. ანუ, შროდინგერმა კვანტური სუპერპოზიციის პრინციპი მაკროსამყაროსთვის (სუბატომურ ნაწილაკებზე დიდი) გამოიყენა. სუპერპოზიცია არის კვანტური ფენომენი, რომლის მიხედვით, ობიექტი შეიძლება იყოს ყველანაირ მდგომარეობაში ერთდროულად, სანამ მასზე დაკვირვება მოხდება.

 ან ანეკდოტი, რომელიც არ ვიცით როგორ მთავრდება, ანუ სანამ არ გავიგებთ დასასრულს ის (ორ მდგომარეობაშია ერთდროულად) სასაცილოცაა და ისე რა.

 კლასიკური მექანიკა, რომელიც კარგად აღწერს მაკროსკოპული მასშტაბების სისტემებს, არ გამოდგება ატომების, მოლეკულების, ელექტრონებისა და ფოტონების მდგომარეობების აღსაწერად. კვანტური მექანიკა ადეკვატურად აღწერს ატომების,იონების, მოლეკულების, კონდენსატების და სხვა ელექტრონულ-ბირთვული სისტემების თვისებებსა და ქცევებს. კვანტურ მექანიკას ძალუძს ელექტრონების, ფოტონების, სხვა ელემენტარული ნაწილაკების ქცევეის აღწერა, თუ უგულებელვყოფთ ნაწილაკების ურთიერთგარდაქმნებს. ელემენტარული ნაწილაკების გარდაქმნები ველის კვანტური თეორიის ჩარჩოებში აღიწერება. ექსპერიმენტები ამტკიცებს იმ შედეგებს, რომლებიც კვანტური მექანიკითაა მიღებული. ამ დისციპლინის მთავრი არსი არის ე.წ. დაკვირვებული და მდგომარეობა.

ექსპერიმენტი

 დახურულ ყუთში მოთავსებულია კატა. ამ ყუთში არის მექანიზმი რადიოაქტიური ბირთვით, რადიაციის დეტექტორით და მომწამლავი გაზით ავსებული ჭურჭლით. ექსპერიმენტის პარამეტრები ისეთნაირადაა შერჩეული, რომ 50/50-ზეა ალბათობა იმისა, რომ რადიოაქტიური ბირთვი 1 საათში დაიშლება. თუ ბირთვი დაიშალა, მოხდება მექანიზმის ამუშავება, რომელიც ჭურჭელს გატეხავს და კატაც მოკვდება. კვანტური მექანიკის თანახმად, თუ ბირთვზე დაკვირვება არ ხდება, მაშინ მისი მდგომარეობა ორი მდგომარეობის (შერევით) სუპერპოზიციით აღიწერება – დაშლილი ბირთვით და დაუშლელი ბირთვით, შესაბამისად, ყუთში მყოფი კატა, ერთდროულად ცოცხალიცაა და მკვდარიც. თუ ყუთი გახსნილია, მაშინ ექსპერიმენტატორი რომელიმე ერთ კონკრეტულ მდგომარეობას დაინახავს – ”ბირთვი დაიშალა, კატა მკვდარია” ან ”ბირთვი არ დაშლილა, კატა ცოცხალია”.

 კითხვა: როდის აღარ აქვს სისტემას შერეული სახე და ერთ კონკრეტულ მდგომარეობას ირჩევს? ექსპერიმენტის მიზანია აჩვენოს, რომ ზოგიერთი წესის გარეშე კვანტურ მექანიკას არასრული სახე აქვს. წესებისა, რომლებიც მიუთითებენ თუ როდის მოკვდება ან არ მოკვდება კატა და როდის აღარ იქნება იგი ერთდროულად ცოცხალიც და მკვდარიც (შერეული მდგომარეობა). ცხადია, რომ კატა ან მკვდარი უნდა იყოს ან ცოცხალი (არ არსებობს შუალედური მდგომარეობა სიცოცხლესა და სიკვდილს შორის), ანუ ეს წესი ატომური ბირთვისთვისაც მართებულია. ის აუცილებლად დაშლილი ან დაუშლელი იქნება.

 ორიგინალური ვერსია ჟურნალ Naturwissenschaften-ში 1935 წელს გამოქვეყნდა. სტატიის მიზანი იყო ამ პარადოქსის (ჰაიზენბერგის განუსაზღვრელობის პრინციპის მიხედვით, შეუძლებელია ერთდროულად ნაწილაკის ზუსტი კოორდინატისა და იმპულსის დადგენა, რადგან ერთი სიდიდის გაზომვას შეშფოთებები შეაქვს მდგომარეობაში და ხდება მეორე სიდიდის დამახინჯება. განუსაზღვრელობისგან თავის არიდება მხოლოდ ჰიპოთეტური ხერხითაა  შესაძლებელი) განხილვა, რომელიც ამავე ჟურნალში აინშტაინმა, პოდოლსკიმ და როზენმა (აპრ) გამოაქვეყნეს. სტატიები „კვანტური ჩაჭიდების, გადახლართვის“ (არ ვიცი როგორ მოიხსენიებენ ქართველი მეცნიერები ამ ტერმინს; გერ: Verschränkung, ინგ: entanglement) უცნაურ ბუნებაზე მიუთითებდა, რაც კვანტური მდგომარეობებისთვისაა დამახასიათებელი, ანუ ორი სისტემის სუპერპოზიციური (შერეული) მდგომარეობა (მაგალითად, ორი სუბატომური ნაწილაკის).

 კოპენჰაგენური ინტერპრეტაცია

 კოპენჰაგენური ინტერპრეტაციით, სისტემა აღარ ხდება შერეული და ირჩევს ერთ-ერთ მდგომარეობას, როცა მოხდება დაკვირვება.

 მაკროსკოპულ სისტემებში არ დაიმზირება კვანტური მოვლენები (ზედენადობისა და ზეგამტარობის გარდა); ამიტომ, თუ ჩვენ მაკროსკოპულ ტალღურ ფუნქციას კვანტური მდგომარეობისთვის გამოვიყენებთ, მაშინ ჩვენ ექსპერიმენტით უნდა დავასკვნათ, რომ სუპერპოზიცია დაირღვა. თუმცა, გაუგებარია, რას ნიშნავს, საერთოდ, რომ რაღაცა არის „მაკროსკოპული“, კატის შემთხვევაში ზუსტადაა ცნობილი – ის მაკროსკოპული ობიექტია. ამგვარად, კოპენჰაგენური ინტერპრეტაცია არ თვლის, რომ ყუთის გახსნამდე კატა ერთდროულად მკვდარ და ცოცხალ მდგომარეობაშია.

 კვანტური მექანიკის ინტერპერეტაცია – განსხვავებული ფილოსოფიური განსჯა კვანტური მექანიკის, როგორც ფიზიკური თეორიისა, რომელიც მატერილურ სამყაროს აღწერს. კვანტური მექანიკა, მეცნიერების ისტორიაში, ყველაზე შემოწმებულ და ყველაზე წარმატებულ თეორიად ითვლება. თუმცა, კონსენსუსი მის „სიღრმისეულ აღქმაში“ ჯერ კიდევ არ არსებობს. ყველა მეცნიერი არ ეთანხმება იმას, რომ თითქოს, კვანტურ მექანიკას რაიმე ინტერპრეტაცია სჭირდებოეს, მინიმალური ინსტრუმენტულის გარდა. აჟამად, მეცნიერებს შორის ყველაზე პოპულარული კოპენჰაგენური ინტერპერეტაციაა.

 შროდინგერის კატა, ყუთის გახსნამდე, სიცოცხლესა და სიკვდილს შორის უსასრულო ბალანსს გააგრძელებს, ერთდროულად ცოცხალიც იქნება და მკვდარიც. მისი ბედი დამკვირვებლის ქმედებაზეა დამოკიდებული. სწორედ ამ აბსურდისკენ მიუთითებდა შროდინგერი.

 ელექტრონების დიფრაქცია

 თუ ელექტრონებს დამუხტული ბურთულების სახით წარმოვიდგენთ, ორ ვიწრო ჭრილში გასულმა ასეთმა ბურთულებმა, მოპირდაპირე მხარეს მდებარე ეკრანზე ამ ჭრილების ფორმის ზოლები უნდა დახატოს. სინამდვილეში კი ეკრანზე გაცილებით რთული ჩუქურთმების მქონე ბნელი და ნათელი ზოლების მიმდევრობას დავინახავთ. საქმე იმაშია, რომ ჭრილებში გასვლისას ელექტრონები ნაწილაკებივითაც იქცევიან და ტალღებივითაც (ეს სხვა ელემენტარულ ნაწილაკებსაც ეხება).

 ეს ექსპერიმენტი არც მაშინ იცვლის სახეს, როცა ჭრილებში ცალკეული ელექტრონები გადიან – ერთ ნაწილაკსაც კი შეუძლია იყოს ტალღა და ერთდროულად ორ ჭრილში გავიდეს.

 დამკვირვებელი? სწორედ ის ხლართავს კიდევ უფრო ამ ისედაც ჩახლართულ ისტორიას. როცა ხსენებული ექსპერიმენტისას ფიზიკოსებმა გადაწყვიტეს ინსტრუმენტებით გაეგოთ, რომელ ჭრილში გადის ელექტრონი, ეკრანზე დანახული სურათი მაშინვე შეიცვალა და „კლასიკური“ გახდა: ორი განათბული ზოლით, მკაცრად ჭრილების მოპირდაპორედ, ყოველგვარი ზოლების მიმდევრობების გარეშე.

 ელექტრონები, დამკვირვებლის მახვილ თვალს თავიანთ ტალღურ ბუნებას არ უმხელენ. იდუმალებით მოცულ ამბავს ჰგავს, თუმცა უფრო მარტივი ახსნაც არსებობს: სისტემაზე დაკვირვება, მასზე ზეგავლენის მოხდენის გარეშე შეუძლებელია.

 გამთბარი ფულერენები

 ექსპერიმენტი ჩატარდა დიდ ობიექტებზეც, მაგალითად, ფულერენებზე, ნახშირბადის რამდენიმე ათეული ატომისაგან შემდგარი ჩაკეტილი მოლეკულა. მეცნიერებმა ექსპერიმენტში დამკვირვებლის ელემენტის შეტანა გადაწყვიტეს. ეს მოლეკულები ლაზერით დაასხივეს. გამთბარმა მოლეკულებმა ნათება დაიწყო და დამკვირვებლისთვის ხილული გახდა.

 ამასთან ერთად, მოლეკულების ქცევაც შეიცვალა. აქამდე თუ ტალღის თვისებებს ავლენდნენ და წინაღობის შემოვლა შეეძლოთ, ახლა უკვე კანონების მორჩილ ფიზიკურ ნაწილაკებად გადაიქცნენ.

 გამაცივებელი გაზომვა

 ალუმინის თხელი ფირფიტა ორივე მხრით ისეა დაფიქსირებული, რომ მის შუა ნაწილს თავისუფლად ვიბრიება შეუძლია. იქვე დგას მოწყობილობა, რომელსაც ფირფიტის ზუსტი მდებარეობა შეუძლია ჩაიწეროს. ექსპრიმენტის მსვლელობისას რამდენიმე საინტერესო რამ გამომჟღავნდა. ნებისმიერი გაზომვა, დაკავშირებული მდგომარეობასთან, მასზე დაკვირვება, ზეგავლენას ახდენდა ობიექტზე, ყოველი გაზომვის მერე ფირფიტის მდებარეობა იცვლებოდა. რაც ყველაზე მოულოდნელი იყო, ზოგიერთმა გაზომვამ ფირფიტის გაცივება გამოიწვია. ამგვარად, დამკვირვებელს, ობიექტის ფიზიკური მახასიათებლების შეცვალა შეუძლია.

 გაყინული ნაწილაკები

 მოგეხსენებათ, რომ არასტაბილური რადიოაქტიური ნაწილაკები არა მარტო კატასთან დაკავშირებულ ექსპერიმენტებში იშლება (ბირთვული დაშლა და სინთეზი), არამედ ისეც. ყველა ნაწილაკს სიცოცხლის საშუალო ხანგრძლივობა გააჩნია, რომელიც, როგორც აღმოჩნდა, დამკვირვებლის მახვილი თვალის ზემოქმედებით შეიძლება გაიზარდოს. ეს კვანტური ეფექტი ჯერ კიდევ 60-იან წლებში იწინასწარმეტყველეს.

 არასტაბილური რუბიდიუმის ატომების აგზნება ლაზერის უწყვწეტი და იმპულსური სხივებით ხდებოდა. მიღბული შედეგები მთლიანად ეთანხმებოდა თეორიულს. გარე ზემოქმედება ატომების დაშლას ანელებს, საწყის მდგომარეობაში აბრუნებს მათ, რომელიც დაშლის მდგომარეობიდან შორსაა. პროგნოზებს ემთხვეოდა ამ ეფექტის სიდიდეც. რუბიდიუმის არასტაბილური აგზნებული ატომების არსებობის დრო 30-ჯერ გაიზარდა.

კვანტური მექანიკა და ცნობიერება

 ელექტრონები და ფულერენები ტალღურ ბუნებას აღარ ავლენს, ალუმინის ფირფიტა ცივდება, არასტაბილური ნაწილაკები დაშლას ანელებენ. დამკვირვებლის მახვილი თვალი სამყაროს ცვლის. რატომ არ შეიძლება ეს, სამყაროს მუშაობაში ჩვენი ცნობიერების ჩარევის მტკიცებულება იყოს? იქნებ, კარლ იუნგი და ვოლფგანგ პაული მართლები იყვნენ, როცა თქვეს, რომ ფიზიკის კანონები და ცნობიერება ერთმანეთის შემავსებლებად უნდა განვიხილოთ?

 ერთი ნაბიჯი გვაშორებს ვაღიაროთ, რომ ჩვენი სამყარო, ჩვენივე ცნობიერების ილუზორული პროდუქტია. საკმაოდ შემაშინებელი და მაცდური იდეაა. მოდით ისევ ფიზიკას მივუბრუნდეთ. განსაკუთრებით, უკანასკნელი წლების, როცა სულ უფრო ნაკლები რაოდენობის ადამიანი ემხრობა კვანტური მექანიკის კოპენჰაგენურ ინტერპრეტაციას, მისი იდუმალი ტალღური ფუნქციის კოლაფსით და უფრო საიმედო – დეკოჰერენციის მხარეზე გადადის.

 საქმე ისაა, რომ ყველა ამ ექსპერიმენტებში სისტემაზე ზეგავლენის გამორიცხვა ექსპერიმენტატორების მხრიდან შეუძლებელია. ისინი ლაზერებით ანათებდნენ სისტემას და გამზომ მოწყობილობებს უყენებდნენ მას, აერთიანებთ მნიშვნელოვანი პრინციპი: სისტემაზე დაკვირვება და მისი თვისებების გაზომვა, მასთან ურთიერთქმედების გარეშე შეუძლებელია. ნებისმიერი ზემოქმედება სისტემის მოდიფიკაციის ტოლფასია. განსაკუთრებით მაშინ, როცა უმცირეს კვანტურ სისიტემაზე კოლოსალური კვანტური ობიექტი ზემოქმედებს. აქ, თამაშში ტერმინი „დეკოჰერენცია“ შემოდის, რომელიც შეუქცევადია თერმოდინამიკის თვალსაზრისით: სისტემის კვანტური თვისებები, სხვა დიდ კვანტურ სისტემასთან ურთიერთქმედებით იცვლება.

 ამ ურთიერთქმედების დროს, კვანტური სისტემა თავის პირვანდელ თვისებებს კარგავს და კლასიკური, თითქოსდა დიდი სისტემის „მორჩილი“ ხდება. ეს, შროდინგერის კატის პარადოქსსაც ხსნის: კატა ძალიან დიდი სისტემაა, ამიტომ გარე სამყაროსგან მისი იზოლირება შეუძლებელია. არც ამ წარმოსახვითი ექსპერიმენტის კონსტრუქციაა მაინცდამაინც კორექტული.

 ყველა შემთხვევაში, თუ ცნობიერებით ქმნის აქტის რეალურობას დავუშვებთ, დეკოჰერენცია გაცილებით მოხერხებულ მიდგომად წარმოგვიდგება. ასეთი მიდგომით, მთელი კლასიკური სამყარო დეკოჰერენციის ერთი დიდი შედეგია. ლოგიკურად, ასეთ მიდგომას შემდეგი სახის გამონათქვამებამდე მივყავართ – „სამყაროში არ არსებობენ ნაწილაკები“ ან „ფუნდამენტურ დონეზე არ არსებობს დრო“.

 რა არის სიმართლე: შემქმნელ-დამკვირვებელში, თუ მძლავრ დეკოჰერენციაში? ორ უცნაურობას შორის ერთ-ერთი უნდა ამოვირჩიოთ.