Таким образом, «коллапс волновой функции» – это момент рождения материального объекта.
Если это электрон, то в этот момент можно наблюдать вертикальный спин. Если это фотон – можно обнаружить его горизонтальную поляризацию. Это означает, что электрическая составляющая его волн колеблется из стороны в сторону, а не вверх и вниз. Все дело в том, что при наблюдении объект проявляет определенные физические характеристики, которые не являются временными, но сохраняются, пока не будут нарушены каким-либо другим взаимодействием.
Но вернемся к запутанности. Предсказание поведения запутанных частиц основывается на том, что частицы-близнецы образованы из одной частицы таким образом, что имеют общую волновую функцию. Два фотона могут лететь со скоростью света и жить независимой жизнью хоть миллионы лет. Но если кто-то из них подвергнется наблюдению и обнаружит, например, вертикальную поляризацию, то отдаленный фотон (или сгусток волновой функции, или как-либо иначе мы его себе представим) мгновенно «узнает», что за его двойником наблюдают, и он коллапсирует в фотон с полностью взаимодополняющими свойствами – в данном случае с горизонтальной поляризацией. Вместе они образуют согласованный набор.
«Это невозможно!» – заявили Эйнштейн, Подольский и Розен. Для них это предсказание свидетельствует о слабости квантовой теории. Они продолжили обращаться к проблеме запутанности с таким усердием (а заодно и с презрением), что за этим явлением навсегда закрепилось название «парадокс ЭПР» – по первым буквам их фамилий.
Однако проведенные с тех пор эксперименты для прояснения странных эффектов запутанности показывают, что Эйнштейн ошибался. В частности, после нескольких безрезультатных (хотя и наводящих на интригующие размышления) опытов, поставленных в 1972 г. Стюартом Фридманом и Джоном Клаузером, а в начале 1980-х годов Витторио Раписардой и Аленом Аспе, женевскому исследователю Николасу Гизену в 1997 г. удалось убедительно продемонстрировать именно такие эффекты. Получив пары запутанных фотонов, он направил их по оптоволоконным каналам. Когда один из фотонов сталкивается с зеркалами исследователя и вынужден делать непроизвольный выбор, каким путем ему следовать, то его запутанный близнец, находившийся от него в 11 километрах, в тот же момент совершал взаимодополняющий выбор.
Экспериментальные доказательства возможности фотона «решать», как ему поступить или действовать, основываясь на действиях другого и очень отдаленного фотона, конечно же, очень увлекательны. Однако самым удивительным аспектом этих экспериментов стала мгновенная реакция одного из близнецов.
Как вы помните, один из главных аргументов Эйнштейна и его единомышленников против возможности такого поведения состоял в том, что ни один объект не «имеет права» двигаться со скоростью больше скорости света. Даже когда сталкиваются черные дыры, порождая при этом потрясающие гравитационные волны, распространяющиеся по всему космосу, их скорость ограничена 300 тысячами км/с. Однако это ограничение скорости, похоже, не действовало в лаборатории Гизена. Реакция запутанных близнецов в 1997 г. наступала раньше времени, за которое свет должен был пройти 11 километров. Всё происходило как минимум в десять тысяч раз быстрее – именно таков был предел точности приборов. Подражательное поведение было, надо полагать, одновременным.
Собранные экспериментальные доказательства запутанности были настолько удивительными, что некоторые физики стали отчаянно искать лазейки. Одни настаивали, что в предшествующих экспериментах могли быть систематические ошибки, например, из-за большей вероятности обнаружения событий связанных частиц. Критику отвергли в 2001 г., когда в журнале Nature была опубликована статья исследователя из Национального института стандартов и технологий Дэвида Уайнленда, который использовал ионы бериллия и установку с очень высокой чувствительностью. Наблюдался большой процент синхронизированных событий.
Итак, фантастическое поведение оказалось реальным. Но как такое возможно? В том же году Уайнленд, позже ставший нобелевским лауреатом по физике, признался одному из авторов книги: «Я полагаю, жуткое действие на расстоянии и вправду имеет место». Разумеется, он сам понимал, что это ничего не объясняет.
Подводя итог, можно сказать, что частицы и фотоны – материя и энергия – превращаются из размытых, вероятностных, не совсем реальных статистических объектов «волновой функции» в материальные объекты в тот момент, когда мы их наблюдаем. И они могут передавать знания о своем недавно приобретенном состоянии через космос, заставляя запутанного «близнеца» мгновенно приобретать дополняющие свойства в реальном времени. Возможно, происходит и другое – ни один объект не «отправляет» информацию, и никто другой ее не получает. Или оба одновременно возникают при наблюдении любого из них. В любом случае наша логика пытается наверстать упущенное. И вот что из этого следует:
а. На самом деле ни пространство, ни время не существуют. Просто потому, что если в космосе существует некая реальность, то для ее пересечения потребуется время, пусть даже очень короткое.
b. Существует некое единство с космосом, связь вне пространства и времени.
c. Акт наблюдения каким-то образом занимает центральное место в бытии реальности.
Каким бы пугающим это ни казалось, но запутанность в квантовой сфере явно существует. Однако масштабируются ли законы квантовой механики на окружающие нас макроскопические объекты и как это обнаружить – другой вопрос, над которым ученые бьются уже десятилетия. В 2011 г. международная группа ученых из Оксфордского университета, Национального университета Сингапура и Национального исследовательского совета Канады провела эксперимент для выяснения, распространяется ли квантовая концепция запутанности на обычный мир. Предметом исследований стала пара кристаллов алмаза шириной три миллиметра – того же размера бывают бриллианты в красивой паре сережек, объектов далеко не микроскопических и уж точно не субатомных.
Ученые вызвали колебания в одном из алмазов, создав фонон – единицу колебательной энергии. По замыслу эксперимента было невозможно узнать, где возникли вибрации фонона – в левом или в правом алмазе. Для обнаружения фонона исследователи применили лазерные импульсы, и эти импульсы показали, что фонон исходит от обоих алмазов, а не от одного или другого. Бриллианты запутались! По всей видимости, они использовали один фонон на двоих, хотя расстояние между ними составляло около пятнадцати сантиметров.
В 2018 г. статья в журнале Scientific American вновь подняла эту проблему, сообщая: «Ученые задались вопросом, где именно пересекаются микроскопический и макроскопический миры. Главный вопрос в том, играют ли квантовые эффекты роль в поведении живых существ». В статье обсуждались результаты исследования 2017 г., опубликованные в Journal of Physics Communications группой ученых из Оксфордского университета.
Наблюдая фотосинтез у микробов, оксфордская группа заявила, что ей впервые удалось запутать бактерии фотонами – частицами света. Под руководством квантового физика Кьяры Марлетто исследователи проанализировали эксперимент 2016 г., проведенный Дэвидом Коулзом и его коллегами из Шеффилдского университета, в котором Коулз изолировал между двумя зеркалами несколько сотен фотосинтезирующих бактерий. При помощи отражения света между зеркалами исследователи вызвали сцепление или связь между фотосинтетическими молекулами шести бактерий. Бактерии непрерывно поглощали, испускали и реабсорбировали отражающиеся фотоны, демонстрируя одновременное поведение, неслыханное для классической науки.
Так современная наука перенесла причудливые свойства квантовой сферы, открытые столетие назад, в макроскопический и биологический мир. Наш мир!
Теперь понятно, почему нам пришлось обратиться к квантовой теории. Она не только способствовала огромному прогрессу в области человеческий знаний, но и заложила основы, которые другие теоретики использовали для дальнейшего продвижения – от квантового мира к нашему собственному и от нашего собственного, как мы позже убедимся, к возможности существования других миров.
Глава 4Намеки на бессмертие
Само исследование внешнего мира [приводит] к выводу, что содержимое сознания является высшей реальностью.
Мы исследовали корни центральной предпосылки биоцентризма, начиная от Ньютона и до становления квантовой теории – того, как мы, наблюдатели, создаем реальность. Теперь пришло время разобраться, что это значит и как происходит.
Для этого нам нужно подробно рассмотреть ключевую концепцию из предыдущей главы, а именно тот момент, когда возможное становится реальным: коллапс волновой функции.
Как известно, квантовая механика описывает движение частицы с помощью волновой функции – термина, выражающего расплывчатое, еще не определенное предсуществование всех квантовых сущностей, будь то частицы материи или фотоны света. Этот термин очень важен, хоть он и сбил с толку четыре поколения неофитов, пытающихся его раскусить, поэтому для начала мы разобьем его на части и проверим, верно ли мы понимаем слова «волна» и «функция».
В своей простейшей форме волна – это возмущение в некоторой среде, например воздухе или воде, сквозь которую энергия перемещается из одного места в другое. Типы волн можно различать по характеру их движения – они могут колебаться вверх-вниз, как океанская волна, или из стороны в сторону, как горизонтально лежащая веревка. Альтернативный вариант – волны определяют по виду среды, через которую они проходят. Продольные (вертикальные) волны могут проходить через жидкости и газы, в то время как поперечные (боковые) волны наблюдаются в твердых телах.
Мы еще поговорим о волнах, но сейчас давайте обратим внимание на вторую половину термина «волновая функция» и определим значение слова «функция». Это несложно. Функция – это математический способ выражения связи. Рассмотрим, например, всем известный график зависимости температуры от времени суток, где нам всё понятно: дневная температура обычно выше, чем утренняя. Однако температура зависит и от нашего расположения – она варьируется от места к месту, и поэтому является функцией географического расположения. То же самое относится и к высоте волн на воде, которая также изменяется. Для описания застывшей в этот момент волны, возникшей при бросании камешка в пруд, математики используют формулу