Realitatea ireală. fizicianul Alan Aspect

Acasă

fosă septică

Magie cuantică, Volumul 4, nr. 2, p. 2135-2147, 2007

Teorema lui Bell: viziunea naivă a experimentatorului

Alain Aspect

Capitole alese. Traducere din engleză: Putenikhin P.V.

Traducerea secțiunilor 2–5 ale articolului « Teorema lui Bell: viziunea naivă a unui experimentalist”, Alain Aspect.ArticolîndeaproapelegatCuo altamuncăAlyonaAspect – Descrierecelebruexperiment 1982 al anului: « Testul experimental al inegalităților lui Bell folosind analizoare care variază în timp”.Lucrarea lui Aspect luată în considerare conține o descriere detaliată și inteligibilă a părții teoretice a experimentului - identificarea unei contradicții între mecanica cuantică și teoria realismului local, o descriere a modelului conceptual al teoriei unui parametru suplimentar în lumina Teorema lui Bell:este imposibil de găsit o teorie suplimentară a parametrilor care să reproducă toate predicțiile mecanicii cuantice . Binecunoscuta inegalitate Bell este dedusă clar în versiune Clauser - Horne - Shimoni - Holt: CHSH - inegalitate.

2. DE CE PARAMETRI SUPLIMENTARE? EXPERIMENT DE GÂNDIRE LUI EINSTEIN-PODOLSKY-ROSEN-BOMA

2.1. Schema de experiment

Să ne uităm la opțiunea opticăExperimentul de gândire EPR în versiunea lui Bohm (Fig. 1). Sursă S emite o pereche de fotoni cu frecvențe diferite v1 și v2 , zburând vizavi de topoare Oz. Să presupunem că vectorul de stare de polarizare care descrie perechea este:

(1)

Unde |x>și |y>- stări liniare de polarizare. Această stare este remarcabilă: nu poate fi descompusă în două stări asociate fiecărui foton, deci nu putem atribui nicio stare specifică fiecărui foton. În special, nu putem atribui nicio polarizare fiecărui foton. O astfel de stare, care descrie un sistem de mai multe obiecte care pot fi gândite doar global, este stare confuză.

Facem măsurători de polarizare liniară pe acești doi fotoni cu analizoare I si II. Analizor I in directia A echipat cu doi senzori și dă rezultate + sau - dacă o polarizare liniară paralelă sau perpendiculară la A. Analizor II în direcție b acţionează în mod similar ‡ .

Orez. 1. Experiment de gândire Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm cu fotoni . Doi fotoni v1 și v2 , emise în stat din ecuația (1), analizată prin polarizatoare liniare în direcții Așib. Este posibilă măsurarea probabilităților de detecție simple sau duble în canalele polarizatoare.

Este ușor de obținut predicții mecanice cuantice pentru aceste măsurători de polarizare unică sau pereche. Luați în considerare primele probabilități unice P±(a ) obținând rezultate ± pentru un foton v1 , și în același mod probabilitățile unice P±(b ) obţinerea rezultatelor ± pe un foton v2 . Mecanica cuantică prezice:

‡ Există o corespondență directă cu experimentul de gândire EPR al lui Bohm care se ocupă cu o pereche de particule de spin 1/2 într-o stare singlet analizată de două filtre Stern-Gerlach.

( Q. M .)(2)

Aceste rezultate sunt în acord cu observația că nu putem atribui o polarizare fiecărui foton, astfel încât fiecare măsurătoare de polarizare individuală să dea un rezultat aleatoriu. Acum să luăm în considerare probabilitățile P±± ( A ,b) detectii articulare v1 și v2 în canalele + sau - polarizatoare eu sau II în direcţiiAși b. Mecanica cuantică prezice:

( Q. M .)(3)

Vom arăta că aceste predicții mecanice cuantice au implicații de anvergură.

2.2. Corelații

Luați în considerare mai întâi situația specifică (A ,b)=0 când polarizatoarele sunt paralele. Predicții de mecanică cuantică pentru probabilitățile de co-detecție (ecuația 3):

(4)

Conform acestui rezultat și ținând cont de (2), concluzionăm că atunci când un foton v 1 n Aiden in + canal polarizator eu, v2 găsit cu certitudine în + canalul II (la fel pentru canalele -). Prin urmare, pentru polarizatoarele paralele, a fost stabilită o corelație completă între măsurători aleatorii individuale ale polarizării a doi fotoni. v 1 și v 2 .

O modalitate convenabilă de a măsura mărimea corelației dintre variabile aleatoare este calcularea coeficientului de corelație. Pentru măsurătorile de polarizare discutate mai sus, este egal cu

(5) *

Folosind predicția (3) a mecanicii cuantice, găsim coeficientul de corelație

(6)

În cazul specific al polarizatoarelor paralele (( a,b)=0), găsim E QM (0)=1: aceasta confirmă că corelația este completă.

Deci, calculele mecanicii cuantice arată că, deși fiecare măsurătoare individuală dă rezultate aleatoare, aceste rezultate aleatoare sunt corelate, așa cum arată ecuația (6). Pentru orientarea paralelă (sau perpendiculară) a polarizatoarelor, corelația este completă (| E QM |= 1).

2.3. Dificultate reprezentare formalism Cuantic mecanici

Ca un fizician naiv, îmi place să ridic problema căutării modelelor simple pentru a înțelege aceste corelații puternice. Cel mai natural mod de a găsi o reprezentare figurativă este poate în calculele mecanice cuantice care conduc la (3). De fapt, există mai multe moduri de a face aceste calcule. Una foarte directă este proiectarea vectorului de stare (1) în vectorii de stare proprie ai rezultatului. Acest lucru dă imediat probabilitățile combinate (3). Cu toate acestea, deoarece acest calcul se bazează pe vectori de stare care descriu acești doi fotoni la nivel global, nu știu cum să construiesc o imagine în spațiul nostru obișnuit.

Pentru a depăși această problemă și a identifica separat cele două măsurători efectuate la ambele capete ale experimentului, putem împărți măsurarea combinată în două etape. Să presupunem, de exemplu, că mai întâi se face o măsurătoare la fotonul v 1 și dă rezultatul + la polarizatorul I în direcția A. Rezultat + (asociat cu starea de polarizare |a>) are probabilitatea 1/2. Pentru a continua calculul, trebuie apoi să folosim postulatul de reducere a vectorului de stare, care afirmă că după această măsurătoare, se obține un nou vector de stare, care descrie perechea, prin proiectarea vectorului de stare inițial (ecuația 1) în spațiul propriu asociat cu rezultat +: acest spațiu propriu bidimensional are baza (| a , X>,| A , y>). Folosind proiectorul potrivit, găsim după puțină algebră

(7)

Aceasta înseamnă că imediat după prima măsurătoare, fotonul v 1 capătă polarizarea | a>: acest lucru este evident deoarece a fost măsurat de un polarizator aliniat cu A, iar rezultatul + a fost obținut. Mai surprinzător, fotonul îndepărtat v 2 , care nu a interacționat încă cu niciun polarizator, s-a proiectat și el în starea |a > cu o anumită polarizare paralelă cu cea găsită pentru fotonul v 1 . Această concluzie surprinzătoare conduce însă la rezultatul final corect (3), pornind de la aplicarea directă a legii Malus, că măsurarea ulterioară efectuată conform b pe fotonev 2 va duce la

(8)

Prin urmare, calculul în doi pași dă același rezultat ca și calculul direct. Când se măsoară în doi pași, apare următoarea imagine:

i. Un foton v 1 care nu a avut o polarizare clar definită înainte de măsurarea sa capătă o polarizare asociată cu rezultatul obținut în timpul măsurării sale: acest lucru nu este surprinzător.

ii. Când se face o măsurătoare pe v 1, un foton v 2 care nu a avut o polarizare definită înainte de această măsurătoare este proiectat într-o stare de polarizare paralelă cu rezultatul măsurării pe v 1 . Acest lucru este foarte surprinzător deoarece această modificare în descrierea lui v 2 este instantanee, indiferent de distanța dintre v 1 și v 2 la momentul primei măsurători.

Această imagine este în conflict cu relativitatea. Potrivit lui Einstein, un eveniment dintr-o anumită regiune a spațiu-timpului nu poate fi influențat de un eveniment dintr-un spațiu-timp care este separat de un interval asemănător spațiului. Nu este înțelept să încerci să găsești imagini mai acceptabile pentru a „înțelege” corelațiile EPR. Aceasta este imaginea pe care o luăm în considerare acum.

2.4. Opțiuni suplimentare

Corelațiile dintre măsurătorile îndepărtate pe două sisteme separate care au interacționat anterior sunt comune în lumea clasică. De exemplu, dacă un obiect mecanic cu moment liniar (sau unghiular) zero este împărțit în două părți printr-un proces intern, momentele liniare (sau unghiulare) ale celor două părți separate rămân egale și opuse în cazul dezvoltării libere. În cazul general, când fiecare fragment este supus unei anumite influențe, aceste două impulsuri rămân corelate, deoarece în momentul determinării au primit valori inițiale care aveau o sumă foarte definită.

Este tentant să folosești o astfel de imagine clasică pentru a ține scorul. Corelații EPR în ceea ce privește proprietățile comune ale acestor două sisteme. Să luăm din nou în considerare corelația completă a măsurătorilor de polarizare în cazul polarizatoarelor paralele ( A,b)=0. Când găsim + pentru v 1 , suntem siguri că vom găsi + pentru v 2. Deci putem recunoaște că există o entitate (Einstein a spus „element al realității fizice”) care se referă la această pereche particulară și la definiția rezultatului ++. Pentru cealaltă pereche, când rezultatele sunt --, putem invoca în mod similar entitatea comună care definește rezultatul --. Atunci este suficient să recunoaștem că jumătate din perechi sunt emise cu entitatea ++ și jumătate cu entitatea -- pentru a reproduce toate rezultatele măsurătorilor în această configurație. Rețineți că aceste proprietăți, care diferă de la o pereche la alta, nu iau în considerare vectorul de stare mecanică cuantică , care este același pentru toate perechile. Acesta este motivul pentru care putem concluziona cu Einstein că Mecanica cuantică nu este completă. Și acesta este motivul pentru care astfel de proprietăți suplimentare sunt numite " opțiuni suplimentare" sau " variabile ascunse» *

* Einstein nu prea a vorbit despre „variabile ascunse” sau „parametri adiționali”, ci mai degrabă despre „elemente ale realității fizice”. În consecință, mulți autori vorbesc despre „teorii realiste” mai degrabă decât „teorii cu variabile latente” sau „teorii ale variabilelor suplimentare”.

Ca o concluzie, pare posibil să „înțelegem” corelațiile EPR ca o imagine clasică prin invocarea unor parametri suplimentari care diferă de la pereche la pereche. Se poate spera să returneze predicții statistice mecanice cuantice atunci când se face media pe parametri suplimentari. Se pare că aceasta a fost poziția lui Einstein . Rețineți că, în această etapă a raționamentului, acceptarea acestor propoziții nu intră în conflict cu mecanica cuantică: nu există nicio problemă logică în acceptarea pe deplin a predicțiilor mecanicii cuantice. și aplicați parametri suplimentari care oferă o imagine acceptabilă a corelațiilor EPR. Acest lucru sugerează luarea în considerare a mecanicii cuantice ca o descriere de nivel mai profund a mecanicii statistice.

3. INEGALITATILE LUI BELL

3.1. Formalism

La trei decenii după articolul EPR, Bell a tradus discuția anterioară în matematică și a introdus în mod explicit parametri suplimentari, denotându-il . Distribuția lor pe ansamblul perechilor emise este determinată de distribuția de probabilitater ( l ) , astfel încât

(9)

Pentru o pereche dată caracterizată printr-un parametru suplimentar datl , rezultatele măsurătorilor sunt date de funcții cu două valori

(10)

Teoria specifică a parametrilor adiționali este complet definită de forma explicită a funcțiilorr ( l ), A(l , A) șiB( l , b) . De aici este ușor de exprimat probabilitățile diferitelor rezultate de măsurare. De exemplu, rețineți că funcția ia valoarea +1 pentru + rezultat și 0 în caz contrar (și în mod similar ia valoarea +1 pentru - rezultat și 0 în caz contrar), putem scrie

(11)

În mod similar, funcția de corelare ia forma simplă

(12)

3.2. Un exemplu de teorie a parametrilor suplimentari (naiv).

Ca exemplu al teoriei parametrilor adiționali, prezentăm un model în care fiecare foton călătorește de-a lungul 0 z , se presupune că are o polarizare liniară bine definită, definită de unghiul său (l 1 sau l 2 ) Cu axa X. Pentru a explica corelația puternică, presupunem că doi fotoni ai aceleiași perechi sunt emiși cu aceeași polarizare liniară determinată de unghiul comunl (Fig. 2).

Fig.2 - Exemplu naiv . Fiecare pereche de fotoni are o „direcție de polarizare” definită l , care este un parametru suplimentar al modelului. Polarizator euface o măsurătoare de polarizare A, la un unghi q 1 din axa x.

Polarizările diferitelor perechi sunt distribuite aleatoriu, conform distribuției de probabilitater ( l ) , deci luăm invariantul rotațional:

(13)

Pentru a finaliza modelul nostru, trebuie să definim în mod explicit forma pentru funcții DAR( λ ,A) și B( λ , b). Luăm următoarea formă

(14)**

unde sunt colturile q eu și q II indica orientările polarizatoarelor. Rețineți că aceste forme sunt foarte rezonabile: DAR( λ ,A) ia valoarea +1 când polarizarea fotonului v 1 formează un unghi mai mic decât p/ 4 cu direcția analizei A, și -1 pentru cazul suplimentar (polarizarea mai aproape de perpendiculară pe A).

Cu acest model explicit, putem folosi ecuațiile (11) pentru a calcula probabilitățile diferitelor măsurători. Găsim, de exemplu, probabilități unice

,(15)

identice cu rezultatele mecanicii cuantice. Modelul ne permite, de asemenea, să calculăm probabilitățile combinate, sau echivalent funcția de corelare, și găsim folosind (12):

(16)

Acesta este un rezultat minunat. Mai întâi rețineți că E( a,b) depinde numai de unghiul relativ ( a,b) ca predicție mecanică cuantică (6). În plus, așa cum se arată în figura 3, diferența dintre predicțiile modelului parametrilor suplimentari simpli și predicțiile mecanicii cuantice este întotdeauna mică și este exact aceeași pentru unghiurile 0 și , acesta estecazuri de corelare completă. Acest rezultat, obținut cu un model extra-parametric extrem de simplu, este foarte încurajator și s-ar spera că un model mai sofisticat ar putea reproduce cu acuratețe predicțiile mecanicii cuantice. Descoperirea lui Bell este faptul că căutarea unor astfel de modele este fără speranță ce vom arăta acum.

Fig.3 - Coeficientul de corelare a polarizării în funcție de orientarea relativă a polarizatoarelor: (i) Linie întreruptă: predicție CM; (ii) linie continuă: model naiv.

3.3. inegalitățile lui Bell

Există multe forme și demonstrații diferite ale inegalităților lui Bell. Oferim aici o demonstrație foarte simplă care duce la o formă direct aplicabilă experimentelor**.

Să ne uităm la expresie

Ținând cont de faptul că aceste patru mărimi A și B luați doar valoarea ±1, o simplă inspecție a celui de-al doilea rând (17) arată că

(18)

Rău s pe λ deci încheiat între + 2 și - 2

Conform (12), putem rescrie aceste inegalități

Acestea sunt BCHSH - inegalități, acesta este Inegalitățile lui Bell derivate de Clauser, Horn, Shimoni și Holt. Ele se referă la combinație S a patru coeficienți de corelație de polarizare legați la două direcții de analiză pentru fiecare polarizator ( Ași b' pentru polarizator eu,bși b' pentru polarizator II). Rețineți că ele se aplică oricărei dintre cele mai generale teorie a parametrilor suplimentari definite în secțiunea 3.1 (ecuațiile 9, 10 și 12), din care modelul nostru naiv este doar un exemplu.

** Este important să se facă distincția între inegalitățile care arată o contradicție matematică între mecanica cuantică, dar fără posibilitatea de testare experimentală cu un aparat (neapărat) imperfect, și inegalitățile care permit testarea experimentală, cu condiția ca imperfecțiunea experimentală să rămână în limitele unor (admisibile). ) limite.

4. CONFLICT CU MECANICA CUANTICA

4.1. Evident

Putem folosi predicțiile (6) ale mecanicii cuantice pentru perechile EPR pentru a estima cantitatea S(A,a „,b,b”) definit prin ecuația (21). Pentru un set specific de orientări prezentat în fig. 4.a, rezultat

(22)

Această predicție mecanică cuantică este cu siguranță în conflict cu inegalitatea lui Bell (20) care este valabilă pentru orice formă generală de teorie a parametrilor suplimentari definită în §3.1.

Astfel, am găsit o situație în care predicțiile mecanice cuantice nu pot fi imitate conform teoriilor parametrilor suplimentari. Aceasta este esența teoremei lui Bell: este imposibil să găsim o teorie suplimentară a parametrilor a cărei formă generală este definită în §3.1 care reproduce toate predicții ale mecanicii cuantice. Această afirmație, așa cum este rezumată în Fig. 3, este pentru modelul specific de parametri suplimentari considerat în §3.2: modelul reproduce exact predicțiile mecanicii cuantice pentru unele unghiuri specifice (0, p/4, p/2), dar se abate ușor de la el în alte unghiuri. Importanța teoremei lui Bell constă în faptul că nu se limitează la un model specific al teoriei unui parametru suplimentar, ci este universală.

Fig.4 – Direcții care oferă cel mai mare conflict între inegalitățile lui Bell și mecanica cuantică.

4.2. Conflict maxim

Este interesant de observat încălcarea maximă a predicțiilor mecanicii cuantice de către inegalitățile lui Bell. Luați valoarea mecanică cuantică S

(23) sunt egale

(26)

(27)

Aceste valori sunt soluții (25). Seturile corespunzătoare de orientări sunt prezentate în Fig.4. Ele dau încălcări maxime ale inegalităților lui Bell.

Mai general, Figura 5 arată că există o gamă completă de orientări care duc la conflict cu inegalitățile lui Bell. Cu toate acestea, este, de asemenea, clar că există multe seturi de orientări pentru care nu există conflict.

Fig.5 -S(q), așa cum a prezis mecanica cuantică pentru perechile EPR. Conflictul cu inegalitatea lui Bell apare atunci când |S| este mai mare decât 2, iar acesta este maximul pentru seturile de orientări prezentate în Fig.4.

5. DISCUȚIE: STAT LOCAL

Să formulăm teorema lui Bell după cum urmează: mecanica cuantică este în conflict cu orice teorie a parametrilor suplimentari, așa cum este definită în §3.1, deoarece încalcă concluziile (inegalitățile lui Bell) ale oricărei astfel de teorii. În această etapă, este interesant de văzut ipotezele care stau la baza formalismului prezentat în §3.1. Se poate spera apoi să evidențieze o ipoteză specifică responsabilă de conflict. Prin urmare, vom explora acum diferitele ipoteze care stau la baza teoriilor parametrilor suplimentari prezentate în secțiunea 3.1.

Prima ipoteză este existența unor parametri suplimentari. După cum am văzut, ele au fost introduse pentru a ține cont de corelații la distanță. Această ipoteză este strâns legată de conceptul de realitate, așa cum este exprimat de Einstein, unde conceptul de realități fizice separate pentru particulele separate este semnificativ. Se poate deduce chiar existența unor parametri suplimentari din afirmații generale despre realitatea fizică în spiritul ideilor lui Einstein. Se pare că ipotezele în acest spirit duc în mod absolut inevitabil la inegalități care sunt în conflict cu mecanica cuantică.

A doua ipoteză presupune determinismul. De fapt, formalismul secțiunii 3.1 este determinist: de îndată ce l instalat, rezultate A(l,A) și B (l,b) măsurătorile de polarizare au devenit definite. Unii vor spune că acesta poate fi un motiv serios de conflict cu formalismul nedeterminist al mecanicii cuantice. De fapt, așa cum a arătat prima dată de Bell în , și ulterior dezvoltat în , este ușor de generalizat formalismul secțiunii 3.1 la stocastică teorii suplimentare ale parametrilor, unde funcții de măsurare deterministe A(l,A) și B (l,b) înlocuite cu funcţii de probabilitate. Apoi, alții vor descoperi că inegalitățile lui Bell rămân valabile și că conflictul nu dispare. Prin urmare, este general acceptat că natura deterministă a formalismului nu este o cauză de conflict.

Cea mai importantă presupunere, așa cum a subliniat Bell în toate lucrările sale, este natura locală a formalismului din secțiunea 3.1. Într-adevăr, am presupus implicit că rezultatul A(l,A) măsurători polarizatoare eu, nu depinde de orientare b polarizator la distanță II, si invers. În mod similar, se presupune că distribuția de probabilitate r(l) (acesta este calea pe care se emit vapori) sunt independente de orientare Ași b. aceasta presupunerea locală este critic: inegalitățile lui Bell nu s-ar putea descurca fără ele. Este într-adevăr clar că demonstrația de la § 3.3 eșuează cu expresii ca A(l,A, b ) șir(l , A ,b ) .

Concluzionăm că acestea sunt cele două ipoteze care par să producă în mod necesar inegalitățile lui Bell și, astfel, sunt în conflict cu mecanica cuantică:

Corelațiile la distanță pot fi înțelese prin ideea unor parametri suplimentari legați de particulele separate, în spiritul ideilor lui Einstein, atunci când obiectele separate au realități fizice separate.

Expresii A(l,A) și B(l,b) , și r(l) ascultă starea locală,acesta este nu depind de orientarea polarizatorului îndepărtat.

Acestea sunt principalele condiții pentru care mecanica cuantică intră în conflict cu realismul local.

Notele traducătorului:

Numerotarea paginilor și subsolul acestei traduceri corespund cu originalul.

* AT Ordinea semnelor din index a fost corectată în ultimul termen. În original înexpresia (5) are forma:

** Fix: cos 2 în loc de cos 2. În expresia originală (14) are forma:

(14)

Literatură

1. Articol original: TEOREMA LUI BELL: VIZIUNEA NAIVĂ A UNUI EXPERIMENTAlist Alain Aspect, Institut d "Optique Théorique et Appliquée Bâtiment 503-Centre universitaire d" Orsay 91403 ORSAY Cedex – Franța

Alain Aspect a folosit corelația de tip singlet dintre doi fotoni pentru a demonstra existența unei influențe non-mediate de semnal care acționează între două obiecte cuantice corelate. El a confirmat că măsurarea unui foton afectează un alt foton corelat cu polarizarea acestuia, fără nici un schimb de semnale locale între ei.

Imaginează-ți următorul cadru experimental: o sursă atomică emite perechi de fotoni și doi fotoni din fiecare pereche se mișcă în direcții opuse. Fiecare pereche de fotoni este corelată în polarizare - axele lor de polarizare se află pe aceeași linie. Astfel, dacă vezi un foton prin ochelari polarizați cu o axă de polarizare verticală (cum sunt de obicei purtati), atunci prietenul tău, care se află la o distanță de cealaltă parte a sursei atomice, va vedea un al doilea foton corelat numai dacă el poarta si ochelari polarizanti cu axa verticala. Dacă își înclină capul astfel încât axa de polarizare a ochelarilor să devină orizontală, nu își va putea vedea fotonul. Dacă își înclină capul astfel încât să-i permită să-și vadă fotonul, atunci nu vei putea vedea al doilea foton al perechii corelate, deoarece axa de polarizare a ochelarilor tăi nu se potrivește cu axa de polarizare a ochelarilor prietenului tău.

Desigur, fasciculele fotonice în sine nu sunt polarizate. Nu au o polarizare anume pana nu ii vezi cu ochelari polarizanti; toate direcțiile razelor au aceeași probabilitate de manifestare. Fiecare foton este o suprapunere coerentă a polarizărilor „de-a lungul” și „de-a lungul” fiecărei direcții; este observația noastră cea care prăbușește un foton cu o anumită polarizare - longitudinală sau transversală. Într-o serie lungă de prăbușiri vor exista tot atâtea colapsuri cu așa-numita polarizare longitudinală ca și cu polarizarea transversală.

Să presupunem că la început axele de polarizare ale ambilor ochelari sunt verticale, astfel încât fiecare dintre voi să poată vedea unul dintre fotonii corelați (Fig. 30); dar apoi vă înclinați brusc capul astfel încât axa de polarizare a ochelarilor să devină orizontală în loc de verticală. Prin acțiunea ta (pentru că vezi un foton doar dacă este polarizat orizontal) ai făcut ca fotonul pe care îl vezi să ia o polarizare orizontală. Cu toate acestea, în mod ciudat, prietenul tău nu mai vede al doilea foton al perechii, cu excepția cazului în care își întoarce ochelarii în același timp, deoarece acest foton corelat a devenit și polarizat orizontal ca urmare a acțiunii tale. Este un colaps non-local, nu-i așa?

Orez. treizeci. Observații ale fotonilor corelați cu polarizarea

Dacă crezi cu adevărat în realismul material, atunci vezi ceva ciudat în această construcție teoretică cuantică a evenimentelor, deoarece ceea ce faci unui foton afectează în același timp partenerul său îndepărtat. Indiferent de direcția în care vă întoarceți ochelarii polarizați pentru a vedea un foton, partenerul corelat al acelui foton ia întotdeauna direcția de polarizare de-a lungul aceleiași axe, indiferent unde sau cât de departe este de tine. Cum știe un foton în ce direcție se întoarce, cu excepția cazului în care, într-un anumit sens, află despre el de la partenerul său? Cum poate ști instantaneu, ignorând limita de viteză a oricăror semnale în funcție de viteza luminii?

Erwin Schrödinger scria în 1935: „Este foarte incomod ca teoria [cuantică] să permită experimentatorului să intre sau să direcționeze sistemul într-o stare sau alta după pofta lui, în ciuda faptului că nu are acces la el”.

În ultimii cincizeci de ani, realiștii materiale au fost îngrijorați de implicațiile unor corelații atât de puternice între obiectele cuantice pentru filosofia lor. Până de curând, ei încă au putut să demonstreze că influența este mediată de un semnal local între fotoni necunoscuți de noi și că, prin urmare, se supune cu strictețe principiului realismului. Cu toate acestea, Alain Aspect și colaboratorii săi au demonstrat în experimentul lor revoluționar că influența se transmite instantaneu și fără semnale locale intermediare.

De exemplu, să presupunem că trageți pe rând cărți dintr-un pachet. Prietenul tău, care stă cu spatele la tine, le spune oamenilor ce carte tragi - și de fiecare dată are dreptate. La început, această corelație dintre voi ar putea fi confuză pentru spectatori. Cu toate acestea, de-a lungul timpului, oamenii și-ar da seama că îi dai cumva un semnal local prietenului tău. Așa funcționează multe așa-zise trucuri magice. Acum să presupunem că, din cauza circumstanțelor, pur și simplu nu există timp pentru a schimba un semnal local între tine și prietenul tău. Cu toate acestea, magia corelației continuă să funcționeze - tragi o carte și prietenul tău o numește corect. Acesta este rezultatul ciudat și extrem de important al experimentului lui Alain Aspect.

Aspectul a folosit fotoni corelați cu polarizarea emiși în direcții opuse de către atomii de calciu. Un detector a fost plasat pe calea fiecărui fascicul de fotoni. Caracteristica decisivă a experimentului - care a făcut concluzia sa de nerefuzat - a fost utilizarea unui comutator care a schimbat setarea de polarizare a unuia dintre detectoare la fiecare zece miliarde de secundă (această dată este mai scurtă decât este nevoie de lumină sau alt semnal local). pentru a parcurge distanța dintre cele două detectoare). Dar chiar și în acest caz, schimbarea setării de polarizare a detectorului cu un comutator a schimbat rezultatul măsurării în altă parte - așa cum ar trebui să fie, conform mecanicii cuantice.

Cum au ajuns informațiile despre o modificare a setărilor detectorului de la un foton la partenerul său corelat? Cu siguranță nu prin semnale locale. Nu era suficient timp pentru asta.

Cum poate fi explicat acest lucru? Luați comparația lui Pagels a realității cu un pachet de cărți. Rezultatele experimentului lui Aspect sunt ca și cum cărțile trase în New York sunt identice cu cărțile trase în Tokyo. Rămâne întrebarea: misterul non-localității se află în cărțile în sine, sau intră și conștiința observatorului?

Realiștii materiale sunt reticenți în a admite că obiectele cuantice au corelații nelocale și că, dacă scenariul colapsului trebuie luat în serios, colapsul cuantic trebuie să fie nelocal. Cu toate acestea, ei refuză să vadă semnificația acestui lucru și, prin urmare, ratează cel mai important lucru din noua fizică.

O modalitate de a rezolva paradoxul EPR este de a postula că există un eter în spatele scenei spațiu-timp în care este permisă semnalizarea mai rapidă decât lumina. Această decizie ar însemna și respingerea localității și a materialismului și, prin urmare, ar fi inacceptabilă pentru majoritatea fizicienilor. În plus, semnalele FTL ar face posibilă călătoria în timp în trecut; această perspectivă îngrijorează oamenii și pe bună dreptate.

Prefer interpretarea evidentă a experimentului lui Aspect. Conform interpretării idealiste, în acest experiment, observația ta este cea care prăbușește funcția de undă a unuia dintre cei doi fotoni corelați, făcându-l să asume o anumită polarizare. Funcția de undă a partenerului său corelat, de asemenea, se prăbușește imediat. Conștiința capabilă să prăbușească instantaneu funcția de undă a unui foton la distanță trebuie să fie ea însăși non-locală sau transcendentă. Astfel, în loc să considere nonlocalitatea ca o proprietate mediată de semnale FTL, idealistul susține că nonlocalitatea este un aspect inerent al colapsului funcției de undă a unui sistem corelat și, prin urmare, un atribut al conștiinței.

Deci, suspiciunea lui Einstein cu privire la incompletitudinea mecanicii cuantice, care a fost ipoteza de lucru a paradoxului EPR, a condus la rezultate uluitoare. Intuiția unui geniu se dovedește adesea a fi fructuoasă într-un mod neașteptat, care nu are nimic de-a face cu detaliile teoriei sale.

Asta îmi amintește de o poveste sufită. Mulla Nasreddin s-a lovit odată de o bandă de escroci care voiau să-și ia pantofii. Încercând să-l înșele pe mullah, unul dintre escroci a spus, arătând spre un copac: „Mulla, acest copac nu poate fi cățărat”.

„Desigur, disponibil. Îți voi arăta”, a spus mullahul, cedând provocării. La început a intenționat să-și lase pantofii pe pământ în timp ce se cățăra în copac, dar apoi s-a răzgândit și i-a legat și i-a legat de centură. Apoi a început să se ridice.

Băieții erau descurajați. — De ce îți iei pantofii cu tine? a exclamat unul dintre ei.

„Oh, nu știu, poate că e un drum sus și s-ar putea să am nevoie de ele!” a răspuns mullahul.

Intuiția mullahului i-a spus că escrocii ar putea încerca să-i fure pantofii. Intuiția lui Einstein i-a spus că teoria cuantică trebuie să fie incompletă, deoarece nu poate explica electronii corelați. La urma urmei, ce-ar fi dacă mullahul ar descoperi că există un drum în vârful copacului! În esență, asta a arătat studiul experimental al Aspect asupra paradoxului EPR.

Eroarea lui Alan Aspect (Asp) constă în acceptarea ipotezei nedovedite că un electron „întreg” acționează întotdeauna în actul radiației. Însăși existența unui „electron” este o ipoteză care trebuie verificată experimental, la fel ca și existența unui „foton”. Când doar o mică parte din norul de electroni participă la emisie, atunci este emis un tren de undă de intensitate scăzută, iar probabilitățile de coincidență a citirilor dintr-un astfel de tren devin prea mici.

În 1986, fizicienii francezi Grangier, Roger și Aspe au condus un experiment decisiv menit să ofere un răspuns direct la întrebarea cheie a fizicii cuantice - lumina este formată din trenuri de valuri sau din fotoni? .

Ideea experimentului (Fig. 1) a fost că radiația a căzut pe un „divizor de fascicul”: o oglindă semitransparentă BS, care a împărțit-o în două părți egale, fiecare dintre acestea fiind înregistrată de propriul detector (PMT). Dacă lumina constă din particule - fotoni, atunci o astfel de particulă poate fie să treacă prin oglindă, fie să fie reflectată de ea, astfel încât fotonul nu poate lovi ambele PMT-uri simultan. Dacă lumina este formată din trenuri de valuri, atunci fiecare tren va fi împărțit de oglindă în două părți egale, care vor lovi ambele detectoare simultan.

Pentru a realiza „starea cu un singur foton”, fizicienii francezi au folosit radiația în cascadă a atomilor de calciu: în acest caz, unul după altul în timpul τs, sunt emiși doi fotoni cu frecvențe diferite. ν 1 și ν 2 . Primul dintre acești fotoni a fost folosit ca „pornire”, al doilea - ca „de lucru”.

Fotonul de declanșare a provocat un impuls pe detectorul PM 0 , și acest impuls pentru o vremeτ=2τ s a inclus alți doi detectoare: PM 1 (pentru un foton care trece prin oglinda BS) și PM 2 (pentru un foton reflectat dintr-o oglindă). Pentru ca detectoarele să poată distinge între fotonii de declanșare și fotonii de lucru, înainte de PM 0 un filtru a fost setat să treacă numai frecvențaν 1 și înainte de PM 1 și PM 2 - filtre care trec doar frecventaν 2 . Pentru a calcula corelații, semnale de la detectoare PM 1 și PM 2 a intrat în contorul de lovituri. Dacă ipoteza fotonului este adevărată, corelațiile nu ar trebui să aibă loc, în absența fotonilor în câmpul undelor de radiație, corelațiile ar trebui să fie foarte frecvente.

Rate de numărare a semnalului de operare N 1 și N 2 legate de rata de numărare de declanșareN 0 Cum:
N 1 = ε 1N 0
N 2 = ε 2N 0

Unde ε 1 și ε 2– eficiența înregistrării fotonilor de lucru, determinată în principal de randamentul cuantic PMT și unghiul solid la care diverge radiația de lucru.
Eficiența de detecție a fotonilor de declanșare este definită astfel:
N 0 = ε 0N f
Unde N f– numărul de fotoni (sau trenuri de undă) pe unitatea de timp: o cantitate care nu poate fi măsurată direct.
Eficiența înregistrării în acest experiment, conform autorilor, a fost egală cu:
ε 1 = ε 2 = ε \u003d 0,6x10 (-3)
si corespunzator:
N 1 = N 2 = N

Estimarea teoretică a ratei de numărare a coincidențelor NC din fluxul trenurilor de undă a fost determinată astfel:

N c = εε 0N f (k + k²/2) = ε N(k + k²/2)

Unde la este numărul mediu de impulsuri de lumină (trenuri sau fotoni) care sosesc la detectorul de PM 0 de fiecare dată τ=2τs . Al doilea termen este determinat de suprapuneri aleatorii de impulsuri de lumină în acest interval; prin urmare, pentru corectitudinea experimentului, a fost necesar să se îndeplinească condiția pentru<< 1.
în care:

N c = la ε N (1)

Rata de numărare a coincidențelor observată în experiment s-a dovedit a fi aproape cu un ordin de mărime mai mică decât valoarea calculată prin formula (1) și ar putea fi atribuită în întregime suprapunerilor aleatorii ale impulsurilor de declanșare. Astfel, autorii consideră că este dovedit că lumina este un flux de particule localizate - fotoni care nu pot fi divizați.

În același articol, autorii raportează un experiment de interferență cu aceeași radiație. Faptul că același câmp de radiații prezintă proprietăți corpusculare în unele experimente și proprietăți ale undelor în altele este acceptat ca un fapt care nu poate fi explicat și, ca atare, stă la baza întregii axiomatici a fizicii cuantice.

Între timp, dovada experimentală a naturii corpusculare a radiațiilor, propusă de Alan Aspe și colab., conține un defect semnificativ, care nu a primit încă suficientă atenție. Acest defect constă în faptul că baza metodologiei experimentale conține o presupunere tacită de natură fundamentală, care ea însăși trebuie testată. Dacă se pune problema existenței unui foton corpuscular, atunci aceeași întrebare a existenței unui electron corpuscular trebuie pusă în același timp.

Două ipoteze: despre un electron localizat și despre un câmp electronic continuu - conduc la concluzii fundamental diferite despre structura radiației. Dacă există un electron indivizibil, atunci el participă în totalitate la fiecare act de radiație, iar în timpul tranzițiilor sale de la o stare superioară la o stare inferioară sunt emise trenuri de câmp electromagnetic, a căror integrală a amplitudinii este întotdeauna egală cu aceeași valoare ca poate fi luat ca 1 („normalizarea condiției unei singure stări electronice”). Din această presupunere, Alan Aspect și colab. pornesc fără a discuta o altă posibilitate care influențează decisiv interpretarea experimentului lor.

Dacă realitatea nu este un electron-corpuscul, ci un câmp de electroni în spațiu și timp, atunci „condiția de normalizare” (cel puțin pentru un nor de electroni excitat) încetează să mai fie obligatorie: doar o mică parte dintr-un singur „nor” de electroni. poate fi la nivelul superior. Când acest nor trece la nivelul inferior, va fi emis un tren electromagnetic de aceeași intensitate scăzută, ceea ce va duce la o scădere a estimării teoretice a probabilității coincidențelor citirilor dintr-un astfel de tren.

Presupunând ca valoarea medie a ocupării nivelului superior să fie egală cu W, trebuie să introducem acest parametru ca factor în estimarea probabilității corelațiilor (1), și anume:

N c = W la ε N (2)

Pentru a evalua valoarea unui parametru W în experimentul lui Alan Aspe și colab., să ne întoarcem la articolele lor anterioare, care descriu în detaliu dispozitivul sursei de radiații pe care au folosit-o. Excitarea nivelurilor tranziției în cascadă în atomul de calciu a fost efectuată folosind acțiunea comună a două lasere, cu toate acestea, a existat o nepotrivire semnificativă între frecvențele laserelor și frecvențele fiecărei tranziții individuale (Fig. 2 sau Fig. .1 c). Pentru treapta inferioară a cascadei care emite un „foton de lucru”, lungimea de undă de tranziție a fost de 422,7 nm, în timp ce lungimea de undă a laserului de excitație a fost de 406 nm. De aici obținem nepotrivirea frecvenței:

∆ω = 2π∆ν\u003d 1,9x10 (14) Hz.

Un sistem cu două niveluri oscilează sub acțiunea unui câmp extern în așa fel încât o parte din densitatea electronică trece periodic de la nivelul inferior în cel superior și invers (vezi, de exemplu, §5.2). Cu condiția ca populația de la nivelul inferior să fie aproape de 1, populația de la nivelul superior este definită astfel:

W = (Ω R / Ω)²sin²(Ωt)

Ω = √ (Ω R ² + ∆ω²)
Cu conditia Ω R << ∆ω выражение для заселенности приобретает вид:
W = (Ω R /∆ω)²sin²(∆ωt) (3)
Frecvența RabiΩ R definit ca:
Ω R = d ab E / ћ
Unde d ab este momentul dipol de tranziție,E este amplitudinea câmpului excitant.

Intensitatea radiației laser în zona de lucru a sursei descrise poate fi estimată ca J = 0,3x10³ W / cm² și, în consecință, amplitudinea
E= √ (2π J / Cu) \u003d 0,5x10³ in/cm
Frecvența Rabi este atunci:
Ω R \u003d 1,7x10 (9) Hz
Înlocuind în (3) valorileΩ Rși ∆ω , obținem o estimare a populației de la nivelul de lucru superior (4s4p¹p1):

W ~ 10(-10) (4)

Dacă un electron este un corpuscul indivizibil, atunci populația W determină probabilitatea rămânerii sale la nivelul superior, dar în fiecare act de radiație electronul trece în întregime de la nivelul superior la cel inferior, emițând un tren electromagnetic „normalizat” în mod natural la 1.

Dacă nu există electroni corpusculari, dar există doar un câmp electronic continuu, atunci valoarea lui W determină ce fracțiune din densitatea integrală a unei singure stări electronice (în mod convențional luată ca 1) se află la nivelul superior. În consecință, intensitatea integrală a trenului emis va fi aceeași fracțiune a unui singur tren, ceea ce este echivalent cu o scădere a eficienței sistemului de referință, în conformitate cu (2).

Ca urmare, rata de numărare a coincidențelor, conform (2), va fi:

N c / N = Wкε~ 0,6x10(-13)

În loc de N c / N = 0,6x10(-3) conform lui Alan Aspe și colab. Este clar că la valori atât de scăzute ale eficienței nu au putut fi detectate corelații ale semnalelor de la un singur tren.

Astfel, pentru a confirma sau infirma ipoteza existenței fotonilor folosind tehnica Aspe, este necesar să se repete experimentul cu condiția:
W ~ 1
Acest lucru poate fi realizat prin eliminarea nepotrivirii de frecvență, adică selectarea laserelor cu rezonanță precisă (∆ω << Ω R ) pentru fiecare dintre cele două tranziții ale cascadei.

Concluzia fundamentală din raționamentul nostru este că problema structurii spațiale a câmpului electromagnetic ar trebui rezolvată în paralel cu problema structurii spațiale a câmpului electronic.

1. P.Grangier, G.Roger, A.Aspect. Dovezi experimentale pentru un efect anti-corelație a fotonului asupra unui divizor de fascicul. Europhys. Lett. Vol.1. pp. 173-179, 1986.
2. A.Aspect, P.Grangier, G.Roger. Teste experimentale ale teoriilor locale realiste prin teorema lui Bell.
Fiz. Rev. Lett. Vol. 47, nr. 7.Pp. 460-463, 1981.
3. A.Aspect, C.Imbert, G.Roger. Măsurarea absolută a ratei unei cascade atomice folosind o aplicare a tehnicii de coincidență a doi fotoni la cascada de calciu 4p²¹s0 – 4s4p¹p1 – 4s²¹s0 ieșită de o absorbție de doi fotoni.
OpticsComm. Vol. 31, nr. 1.Pp. 46-52.
4. M. O. Scully, M. S. Zubairy. Optica cuantică. Cambridge Univ. Press, 1997.
Rus. traducere: M.O.Scully, M.S.Zubairy. Optica cuantică. M. Fizmatgiz, 2003.

L. Regelson. 2009

În 1982 a avut loc un eveniment remarcabil. La Universitatea din Paris, o echipă de cercetare condusă de fizicianul Alain Aspect a efectuat ceea ce ar putea fi unul dintre cele mai semnificative experimente ale secolului al XX-lea. Nu ai auzit despre asta la știrile de seară. De fapt, dacă nu ești obișnuit să citești reviste științifice, sunt șanse să nu fi auzit nici măcar numele Alain Aspect, deși unii oameni de știință cred că descoperirea lui ar putea schimba fața științei.

Aspect și echipa sa au descoperit că, în anumite condiții, particulele elementare, cum ar fi electronii, pot comunica instantaneu între ele, indiferent de distanța dintre ele. Nu contează dacă sunt 10 picioare între ele sau 10 miliarde de mile. Cumva, fiecare particulă știe întotdeauna ce face cealaltă.

Problema cu această descoperire este că încalcă postulatul lui Einstein despre viteza limită de propagare a interacțiunii, egală cu viteza luminii. Deoarece a călători mai repede decât viteza luminii echivalează cu depășirea unei bariere a timpului, această perspectivă înfricoșătoare i-a determinat pe unii fizicieni să încerce să explice experimentele lui Aspect în soluții complexe. Dar i-a inspirat pe alții să ofere explicații și mai radicale.

De exemplu, fizicianul de la Universitatea din Londra David Bohm a considerat că descoperirea Aspectului implică faptul că realitatea obiectivă nu există, că, în ciuda densității sale aparente, universul este practic o fantezie, o hologramă gigantică, luxos de detaliată.

Pentru a înțelege de ce Bohm a venit cu o concluzie atât de uimitoare, trebuie să vorbim despre holograme.

O holograma este o fotografie tridimensională realizată cu un laser. Pentru a produce o hologramă, subiectul care trebuie fotografiat trebuie mai întâi iluminat cu lumină laser. Apoi, al doilea fascicul laser, care se adună cu lumina reflectată de la obiect, dă un model de interferență care poate fi înregistrat pe film. Imaginea finită arată ca o alternanță fără sens de linii luminoase și întunecate. Dar de îndată ce imaginea este iluminată cu un alt fascicul laser, apare imediat o imagine tridimensională a obiectului original.

Tridimensionalitatea nu este singura proprietate remarcabilă inerentă unei holograme. Dacă o hologramă de trandafir este tăiată în jumătate și iluminată cu un laser, fiecare jumătate va conține o imagine întreagă a aceluiași trandafir de exact aceeași dimensiune. Dacă continuăm să tăiem holograma în bucăți mai mici, pe fiecare dintre ele vom găsi din nou o imagine a întregului obiect în ansamblu. Spre deosebire de o fotografie convențională, fiecare zonă a hologramei conține informații despre întregul subiect, dar cu o scădere proporțională a clarității.

Principiul hologramei „totul în fiecare parte” ne permite să abordăm problema organizării și ordinii într-un mod fundamental nou. Aproape toată istoria sa, știința occidentală a evoluat cu ideea că cel mai bun mod de a înțelege un fenomen fizic, fie că este vorba despre o broască sau un atom, este să-l disecționezi și să-i studiezi părțile constitutive. Holograma ne-a arătat că unele lucruri din univers nu pot fi explorate în acest fel. Dacă disecăm ceva aranjat holografic, nu vom obține părțile din care constă, dar vom obține același lucru, dar cu mai puțină acuratețe.

Această abordare l-a inspirat pe Bohm să reinterpreteze opera lui Aspect. Bohm era sigur că particulele elementare interacționează la orice distanță, nu pentru că schimbă unele semnale misterioase între ele, ci pentru că separarea lor este iluzorie. El a explicat că la un nivel mai profund al realității, astfel de particule nu sunt entități separate, ci sunt de fapt extensii a ceva mai fundamental.

Pentru a înțelege mai bine acest lucru, Bohm a oferit următoarea ilustrație.

Imaginează-ți un acvariu cu pești. Imaginați-vă, de asemenea, că nu puteți vedea acvariul direct, ci doar două ecrane de televiziune care transmit imagini de la camerele situate unul în față și unul pe lateralul acvariului. Privind ecranele, puteți concluziona că peștii de pe fiecare dintre ecrane sunt obiecte separate. Deoarece camerele transmit imagini din unghiuri diferite, peștii arată diferit. Dar pe măsură ce continuați să urmăriți, după un timp veți constata că există o relație între cei doi pești pe diferite ecrane. Când un pește se întoarce, și celălalt își schimbă direcția, ușor diferit, dar întotdeauna în linie cu primul; când vezi un pește în față, celălalt este cu siguranță de profil. Dacă nu aveți o imagine completă a situației, este mai probabil să concluzionați că peștii trebuie să comunice instantaneu între ei, decât că aceasta este o coincidență.

Bohm a susținut că acest lucru se întâmplă exact cu particulele elementare în experimentul Aspect. Potrivit lui Bohm, aparenta interacțiune superluminală dintre particule ne spune că există un nivel mai profund de realitate ascuns de noi, mai dimensional decât al nostru, ca în analogia acvariului. Și, adaugă el, vedem particulele ca fiind separate, deoarece vedem doar o parte din realitate. Particulele nu sunt „părți” separate, ci fațete ale unei unități mai profunde care este în cele din urmă la fel de holografică și invizibilă ca trandafirul menționat mai sus. Și întrucât totul în realitatea fizică constă din aceste „fantome”, universul pe care îl observăm este el însuși o proiecție, o hologramă.

Pe lângă faptul că este „fantomă”, un astfel de univers ar putea avea și alte proprietăți uimitoare. Dacă separarea aparentă a particulelor este o iluzie, atunci la un nivel mai profund, toate obiectele din lume pot fi interconectate la infinit. Electronii din atomii de carbon din creierul nostru sunt conectați cu electronii din fiecare somon care înoată, fiecare inimă care bate, fiecare stea sclipitoare. Totul întrepătrunde totul și, deși natura umană tinde să împartă totul, să dezmembreze, să trimită toate fenomenele naturii, toate diviziunile sunt în mod necesar artificiale, iar natura apare în cele din urmă ca o rețea de nedespărțit. În lumea holografică, nici timpul și spațiul nu pot fi luate ca bază. Pentru că o caracterizare ca poziție nu are sens într-un univers în care nimic nu este cu adevărat separat unul de celălalt; timpul și spațiul tridimensional, precum imaginile cu pești pe ecrane, vor trebui considerate nimic mai mult decât proiecții. La acest nivel mai profund, realitatea este ceva ca o super-hologramă în care trecutul, prezentul și viitorul există simultan. Aceasta înseamnă că, cu ajutorul instrumentelor adecvate, este posibil să pătrundem adânc în această super-hologramă și să extragi imagini ale unui trecut de mult uitat.

Ce altceva poate transporta o hologramă este încă departe de a fi cunoscut. Să presupunem, de exemplu, că o hologramă este o matrice care dă naștere la tot ce există în lume, cel puțin conține toate particulele elementare care au luat sau vor lua într-o zi orice formă posibilă de materie și energie, de la fulgi de zăpadă la quasari, de la albastru. balene la razele gamma. Este ca un supermarket universal, care are de toate.

În timp ce Bohm a recunoscut că nu avem de unde să știm ce mai conține holograma, și-a luat libertatea de a afirma că nu avem niciun motiv să presupunem că nu există nimic altceva în ea. Cu alte cuvinte, poate că nivelul holografic al lumii este doar una dintre etapele evoluției nesfârșite.

Bohm nu este singurul în încercarea sa de a explora proprietățile lumii holografice. Indiferent de el, neurologul de la Universitatea Stanford Karl Pribram, care lucrează în domeniul cercetării bolilor de inimă, înclină și el spre imaginea holografică a lumii. Pribram a ajuns la această concluzie gândindu-se la misterul unde și cum sunt stocate amintirile în creier. Numeroase experimente de-a lungul deceniilor au arătat că informațiile nu sunt stocate în nicio zonă anume a creierului, ci sunt dispersate în întregul volum al creierului. Într-o serie de experimente cruciale din anii 1920, cercetătorul pe creier Karl Lashley a descoperit că, indiferent de ce parte a creierului șobolanului a îndepărtat-o, el nu a putut face reflexele condiționate dezvoltate la șobolan înainte de operație să dispară. Singura problemă a fost că nimeni nu a fost capabil să găsească un mecanism care să explice această proprietate amuzantă a memoriei „totul în fiecare parte”.

Mai târziu, în anii '60, Pribram a întâlnit principiul holografiei și și-a dat seama că a găsit explicația pe care o căutau neurologii. Pribram este sigur că memoria este conținută nu în neuroni și nu în grupuri de neuroni, ci într-o serie de impulsuri nervoase care „încurcă” creierul, la fel cum un fascicul laser „încurcă” o bucată de hologramă care conține întreaga imagine. Cu alte cuvinte, Pribram este sigur că creierul este o hologramă.

Teoria lui Pribram explică și modul în care creierul uman poate stoca atât de multe amintiri într-un spațiu atât de mic. Se presupune că Creierul uman își poate aminti aproximativ 10 miliarde de biți într-o viață.(corespunzând aproximativ cantității de informații conținute în 5 seturi ale Encyclopædia Britannica).

S-a descoperit că proprietăților hologramelor a fost adăugată o altă caracteristică izbitoare - o densitate uriașă de înregistrare. Prin simpla schimbare a unghiului la care laserele luminează filmul, multe imagini diferite pot fi înregistrate pe aceeași suprafață. S-a arătat că Un centimetru cub de film poate stoca până la 10 miliarde de biți de informații..

Abilitatea noastră uimitoare de a recupera rapid informațiile de care avem nevoie din memoria noastră vastă devine mai de înțeles dacă acceptăm că creierul funcționează ca o hologramă. Dacă un prieten vă întreabă ce vă vine în minte când auziți cuvântul „zebră”, nu trebuie să vă parcurgeți întregul vocabular pentru a găsi răspunsul. Asociații precum „dungi”, „cal” și „viețuiesc în Africa” îți apar instantaneu în cap.

Într-adevăr, una dintre cele mai uimitoare proprietăți ale gândirii umane este că fiecare informație este instantaneu și corelată încrucișat cu fiecare alta - o altă calitate inerentă hologramei. Deoarece orice secțiune a hologramei este infinit interconectată cu oricare alta, este foarte posibil ca acesta să fie cel mai înalt exemplu natural de sisteme corelate încrucișate.

Locația memoriei nu este singurul puzzle neurofiziologic care a devenit mai rezolvabil în lumina modelului holografic al creierului lui Pribram. Un altul este modul în care creierul este capabil să traducă o astfel de avalanșă de frecvențe pe care le percepe cu diverse simțuri (frecvențe luminoase, frecvențe sonore și așa mai departe) în ideea noastră concretă despre lume. Codificarea și decodificarea frecvențelor este exact ceea ce face cel mai bine o hologramă. Așa cum o hologramă servește ca un fel de lentilă, un dispozitiv de transmisie capabil să transforme un amestec de frecvențe aparent lipsit de sens într-o imagine coerentă, tot așa creierul, conform lui Pribram, conține o astfel de lentilă și folosește principiile holografiei pentru a procesa matematic frecvențele. din simțuri în lumea interioară a percepțiilor noastre.

O mulțime de dovezi sugerează că creierul folosește principiul holografiei pentru a funcționa. Teoria lui Pribram găsește din ce în ce mai mulți susținători printre oamenii de știință.

Cercetătorul argentino-italian Hugo Zucarelli a extins recent modelul holografic pe tărâmul fenomenelor acustice. Perplex de faptul că oamenii pot determina direcția unei surse de sunet fără a întoarce capul, chiar dacă o singură ureche funcționează, Zucarelli a descoperit că principiile holografiei ar putea explica și această capacitate.

De asemenea, a dezvoltat o tehnologie holofonică de înregistrare a sunetului capabilă să reproducă peisaje sonore cu un realism aproape neobișnuit.

Ideea lui Pribram că creierul nostru construiește matematic o realitate „dură” bazată pe frecvențe de intrare a primit, de asemenea, un sprijin experimental genial. S-a descoperit că oricare dintre organele noastre de simț are o gamă de frecvență mult mai mare de receptivitate decât se credea anterior. De exemplu, cercetătorii au descoperit că organele noastre de vedere sunt sensibile la frecvențele sonore, că simțul olfactiv este oarecum dependent de ceea ce se numește acum „frecvențe osmotice” și că chiar și celulele corpului nostru sunt sensibile la o gamă largă de frecvente. Astfel de descoperiri sugerează că aceasta este opera părții holografice a conștiinței noastre, care transformă frecvențele haotice separate în percepție continuă.

Dar cel mai uimitor aspect al modelului holografic al creierului lui Pribram iese la iveală atunci când este comparat cu teoria lui Bohm. Pentru că dacă densitatea fizică vizibilă a lumii este doar o realitate secundară, iar ceea ce este „acolo” este de fapt doar un set holografic de frecvențe, iar dacă creierul este tot o hologramă și selectează doar unele frecvențe din acest set și matematic le transformă în percepție senzorială, ce rămâne pentru realitatea obiectivă?

Să spunem simplu - încetează să mai existe. După cum au spus religiile orientale din timpuri imemoriale, lumea materială este Maya, o iluzie și, deși putem crede că suntem fizici și ne mișcăm în lumea fizică, aceasta este și o iluzie.

De fapt, suntem „receptori” care plutesc într-o mare caleidoscopică de frecvențe și tot ceea ce extragem din această mare și transformăm în realitate fizică este doar un canal de frecvență din multe, extras dintr-o hologramă.

Această nouă imagine uimitoare a realității, o sinteză a opiniilor lui Bohm și Pribram, a fost numită paradigma holografică și, în timp ce mulți oameni de știință au fost sceptici în privința ei, alții au fost încurajați de ea. Un grup mic, dar în creștere de cercetători consideră că acesta este unul dintre cele mai precise modele ale lumii propuse până acum. Mai mult, unii speră că va ajuta la rezolvarea unor mistere care nu au fost explicate anterior de știință și chiar consideră paranormalul ca parte a naturii.

Numeroși cercetători, printre care Bohm și Pribram, ajung la concluzia că multe fenomene parapsihologice devin din ce în ce mai ușor de înțeles în ceea ce privește paradigma holografică.

Într-un univers în care creierul individual este practic o parte indivizibilă, un „cuantum” al unei holograme mari și totul este infinit conectat la tot, telepatia poate ajunge pur și simplu la nivelul holografic. Devine mult mai ușor de înțeles modul în care informațiile pot fi livrate de la conștiința „A” la conștiința „B” la orice distanță și de a explica multe mistere ale psihologiei. În special, Grof prevede că paradigma holografică va fi capabilă să ofere un model pentru explicarea multor fenomene derutante observate de oameni în stări modificate de conștiință.

În anii 1950, în timp ce cerceta LSD-ul ca drog psihoterapeutic, Grof a lucrat cu o pacientă care s-a convins brusc că era o reptilă preistorică feminină. În timpul halucinației, ea nu numai că a oferit o descriere bogat detaliată a cum este să fii o creatură cu astfel de forme, dar a notat și solzii colorați de pe capul unui mascul din aceeași specie. Grof a fost surprins de faptul că, într-o conversație cu un zoolog, s-a confirmat prezența solzilor colorați pe capul reptilelor, care joacă un rol important în jocurile de împerechere, deși femeia nu avea nicio idee despre astfel de subtilități înainte.

Experiența acestei femei nu a fost unică. În timpul cercetărilor sale, Grof a întâlnit pacienți care se întorceau pe scara evoluției și se identificau cu o varietate de specii (pe baza scenei transformării unei persoane într-o maimuță din filmul „Altered States”). Mai mult, el a descoperit că astfel de descrieri conțin adesea detalii zoologice puțin cunoscute care, atunci când sunt verificate, se dovedesc a fi exacte.

Întoarcerea la animale nu este singurul fenomen descris de Grof. El a avut și pacienți care, aparent, se puteau conecta la un fel de zonă a inconștientului colectiv sau rasial. Oamenii needucați sau slab educați au dat brusc descrieri detaliate ale funeraliilor. în practica zoroastriană sau scene din mitologia hindusă. În alte experiențe, oamenii au oferit descrieri convingătoare ale călătoriilor în afara corpului, predicții de imagini ale viitorului, evenimente ale încarnărilor trecute.

În studii mai recente, Grof a descoperit că aceeași gamă de fenomene au apărut în sesiunile de terapie fără medicamente. Întrucât un element comun al unor astfel de experimente a fost extinderea conștiinței individuale dincolo de limitele obișnuite ale eului și de limitele spațiului și timpului, Grof a numit astfel de manifestări „experiență transpersonală”, iar la sfârșitul anilor ’60, datorită lui, o nouă ramură. de psihologie numită psihologie „transpersonală” a apărut, în întregime dedicată acestor domenii.

Deși Asociația pentru Psihologie Transpersonală, creată de Grof, a fost un grup în creștere rapidă de profesioniști similari și a devenit o ramură respectată a psihologiei, nici Grof însuși, nici colegii săi nu au putut oferi timp de mulți ani un mecanism pentru a explica fenomenele psihologice ciudate pe care le-au observat. Dar această poziție ambiguă s-a schimbat odată cu apariția paradigmei holografice.

După cum a subliniat recent Grof, dacă conștiința este de fapt parte dintr-un continuum, un labirint conectat nu numai la orice altă conștiință care există sau a existat, ci și la fiecare atom, organism și regiune vastă a spațiului și timpului, capacitatea sa de a tunel prin labirint și experimentează transpersonalul, experiența nu mai pare atât de ciudată.

Paradigma holografică își lasă amprenta și asupra așa-numitelor științe exacte, precum biologia. Keith Floyd, psiholog la Virginia Intermont College, a arătat că, dacă realitatea este doar o iluzie holografică, atunci nu se mai poate argumenta că conștiința este o funcție a creierului. Mai degrabă, dimpotrivă, conștiința creează prezența unui creier - așa cum interpretăm corpul și întregul nostru mediu ca fiind fizic.

Această inversare a opiniilor noastre despre structurile biologice a permis cercetătorilor să sublinieze că medicina și înțelegerea noastră a procesului de vindecare se pot schimba, de asemenea, sub influența paradigmei holografice. Dacă structura fizică aparentă a corpului nu este altceva decât o proiecție holografică a conștiinței noastre, devine clar că fiecare dintre noi este mult mai responsabil pentru sănătatea noastră decât crede medicina modernă. Ceea ce vedem acum ca un leac misterios s-ar putea datora, de fapt, unei schimbări a conștiinței care a făcut ajustări adecvate hologramei corpului.

De asemenea, noile terapii alternative, cum ar fi imagistica, pot funcționa atât de bine tocmai pentru că în realitatea holografică, gândirea este în cele din urmă la fel de reală ca „realitatea”.

Chiar și revelațiile și experiențele „lumii celeilalte” devin explicabile din punctul de vedere al noii paradigme. Biologul Lyall Watson în cartea sa „Gifts of the Unknown” descrie o întâlnire cu o femeie șaman indoneziană care, executând un dans ritual, a reușit să facă un întreg crâng de copaci să dispară instantaneu în lumea subtilă. Watson scrie că, în timp ce el și un alt spectator surprins au continuat să o privească, ea a făcut ca copacii să dispară și să reapară de mai multe ori la rând.

Deși știința modernă nu poate explica astfel de fenomene, ele devin destul de logice dacă presupunem că realitatea noastră „densă” nu este altceva decât o proiecție holografică. Poate că putem formula conceptele de „aici” și „acolo” mai precis dacă le definim la nivelul inconștientului uman, în care toate conștiința sunt infinit strâns interconectate.

Dacă acest lucru este adevărat, atunci aceasta este cea mai semnificativă implicație a paradigmei holografice în general, deoarece înseamnă că fenomenele observate de Watson nu sunt publice doar pentru că mințile noastre nu sunt programate să aibă încredere în ele, ceea ce le-ar face astfel. În universul holografic, nu există limite pentru posibilitățile de schimbare a țesăturii realității.

Ceea ce percepem ca realitate este doar o pânză care așteaptă ca noi să pună pe ea orice pictură ne dorim. Totul este posibil, de la îndoirea lingurilor după bunul plac până la experiențele fantasmagorice ale lui Castaneda în studiile sale cu don Juan, pentru că magia ne este dăruită prin drept de naștere, nici mai mult, nici mai puțin minunată decât capacitatea noastră de a crea lumi noi în visele și fanteziile noastre.

Desigur, chiar și cele mai „fundamentale” cunoștințe ale noastre sunt suspecte, deoarece într-o realitate holografică, așa cum a arătat Pribram, chiar și evenimentele întâmplătoare trebuie luate în considerare folosind principii holografice și rezolvate în acest fel. Sincronicitățile sau coincidențele au deodată sens și orice poate fi văzut ca o metaforă, pentru că chiar și un lanț de evenimente aleatoare poate exprima un fel de simetrie profundă.

Indiferent dacă paradigma holografică a lui Bohm și Pribram câștigă acceptarea științifică mainstream sau dispare, este sigur să spunem că a influențat deja modul de gândire al multor oameni de știință. Și chiar dacă se constată că modelul holografic nu descrie în mod adecvat interacțiunea instantanee a particulelor elementare, cel puțin, așa cum subliniază fizicianul Birbeck College London Basil Hiley, descoperirea lui Aspect „a arătat că trebuie să fim pregătiți să luăm în considerare abordări radicale noi. pentru a înțelege realitatea.”

Am auzit un mesaj despre această descoperire de la o persoană inteligentă în jurul anului 1994, totuși, într-o interpretare ușor diferită. Experiența a fost descrisă după cum urmează. Fluxul de particule elementare a trecut oarecum și a lovit ținta. La mijlocul acestui drum au fost măsurate unele caracteristici ale particulelor, evident cele a căror măsurare nu are un efect semnificativ asupra destinului lor ulterioară. Ca rezultat, s-a constatat că rezultatele acestor măsurători depind de ce evenimente se întâmplă cu particula din țintă. Cu alte cuvinte, particula „știe” cumva ce se va întâmpla cu ea în viitorul apropiat. Această experiență face pe cineva să se gândească serios la legitimitatea postulatelor teoriei relativității în raport cu particulele și, de asemenea, să ne amintim despre Nostradamus...

Există o realitate obiectivă sau Universul este o fantezie? În 1982 a avut loc un eveniment remarcabil. La Universitatea din Paris, o echipă de cercetare condusă de fizicianul Alain Aspect a efectuat ceea ce ar putea fi unul dintre cele mai semnificative experimente ale secolului al XX-lea.

Nu ai auzit despre asta la știrile de seară. De fapt, dacă nu ești obișnuit să citești reviste științifice, sunt șanse să nu fi auzit nici măcar numele Alain Aspect, deși unii oameni de știință cred că descoperirea lui ar putea schimba fața științei.

Problema acestei descoperiri este că încalcă postulatul lui Einstein despre viteza limită de propagare a unei interacțiuni egală cu viteza luminii. Deoarece a călători mai repede decât viteza luminii echivalează cu depășirea unei bariere a timpului, această perspectivă înfricoșătoare i-a determinat pe unii fizicieni să încerce să explice experimentele lui Aspect în soluții complexe.

Dar alții au fost inspirați să ofere explicații și mai radicale. De exemplu, David Bohm, un fizician la Universitatea din Londra, a calculat că din descoperirea lui Aspect rezultă că realitatea obiectivă nu există că, în ciuda densității sale aparente, universul este în nucleul său o fantezie, gigantică, luxos detaliată hologramă .

Pentru a înțelege de ce Bohm a venit cu o concluzie atât de uimitoare, trebuie să vorbim despre holograme. O holograma este o fotografie tridimensională realizată cu un laser. Pentru a realiza o hologramă, în primul rând, obiectul de fotografiat trebuie să fie iluminat cu lumină laser. Apoi, al doilea fascicul laser, care se adună cu lumina reflectată de la obiect, dă un model de interferență care poate fi înregistrat pe film. Imaginea finită arată ca o alternanță fără sens de linii luminoase și întunecate. Dar, de îndată ce imaginea este iluminată cu un alt fascicul laser, apare imediat o imagine tridimensională a obiectului original.

Tridimensionalitatea nu este singura proprietate remarcabilă inerentă unei holograme. Dacă o hologramă de trandafir este tăiată în jumătate și iluminată cu un laser, fiecare jumătate va conține o imagine întreagă a aceluiași trandafir de exact aceeași dimensiune. Dacă continuăm să tăiem holograma în bucăți mai mici, pe fiecare dintre ele vom găsi din nou o imagine Total obiect în ansamblu. Spre deosebire de o fotografie convențională, fiecare zonă a hologramei conține informații despre întregul subiect, dar cu o scădere proporțională a clarității.

Principiul hologramei – „totul în fiecare parte” – ne permite să abordăm problema organizării și ordinii într-un mod fundamental nou. Aproape toată istoria sa, știința occidentală a evoluat cu ideea că cel mai bun mod de a înțelege un fenomen fizic, fie că este o broaște sau un atom, este să-l decupăm și să-i studiezi părțile constitutive.

Holograma ne-a arătat că unele lucruri din univers nu pot fi explorate în acest fel. Dacă disecăm ceva aranjat holografic, nu vom obține părțile din care constă, dar vom obține același lucru, dar cu mai puțină acuratețe.

Pentru a înțelege mai bine acest lucru, Bohm a oferit următoarea ilustrație. Imaginează-ți un acvariu cu pești. Imaginați-vă, de asemenea, că nu puteți vedea acvariul direct, ci doar două ecrane de televiziune care transmit imagini de la camerele situate unul în față și unul pe lateralul acvariului. Privind ecranele, puteți concluziona că peștii de pe fiecare dintre ecrane sunt obiecte separate. Deoarece camerele transmit imagini din unghiuri diferite, peștii arată diferit.

Dar pe măsură ce continuați să vizionați, după un timp veți descoperi că există o relație între cei doi pești pe ecrane diferite. Când un pește se întoarce, și celălalt își schimbă direcția, ușor diferit, dar întotdeauna în linie cu primul; când vezi un pește în față, celălalt este cu siguranță de profil. Dacă nu aveți o imagine completă a situației, mai degrabă ați concluziona că peștii trebuie să comunice între ei instantaneu decât că este o coincidență.

Particulele nu sunt „părți” separate, ci fațete ale unei unități mai profunde care este în cele din urmă la fel de holografică și invizibilă ca trandafirul menționat mai sus. Și, întrucât totul în realitatea fizică constă din aceste „fantome”, universul pe care îl observăm este el însuși o proiecție, o hologramă.

Pe lângă faptul că este „asemănător unei fantome”, un astfel de univers ar putea avea și alte proprietăți uimitoare. Dacă separarea aparentă a particulelor este o iluzie, atunci la un nivel mai profund, toate lucrurile din lume pot fi interconectate la infinit. Electronii din atomii de carbon din creierul nostru sunt conectați cu electronii din fiecare somon care înoată, fiecare inimă care bate, fiecare stea sclipitoare.

Totul se întrepătrunde cu totul și, deși natura umană tinde să separe totul, să dezmembraze, să trimită prin toate fenomenele naturii, toate diviziunile de necesitate sunt artificiale, iar natura, în cele din urmă, apare ca o pânză de nedespărțit.

În lumea holografică, nici timpul și spațiul nu pot fi luate ca bază. Pentru că o asemenea caracteristică precum poziţia nu are sens într-un univers în care nimic nu este cu adevărat separat unul de celălalt; timpul și spațiul tridimensional, precum imaginile cu pești pe ecrane, vor trebui considerate nimic mai mult decât proiecții.

La acest nivel mai profund, realitatea este ceva ca o super-hologramă în care trecutul, prezentul și viitorul există simultan. Aceasta înseamnă că, cu ajutorul instrumentelor adecvate, este posibil să pătrundem adânc în această super-hologramă și să extragi imagini ale unui trecut de mult uitat.

Ce altceva poate transporta o hologramă este încă departe de a fi cunoscut. Să presupunem, de exemplu, că holograma este matricea care dă naștere la tot ce există în lume. Conține cel puțin toate particulele elementare care au preluat sau vor lua într-o zi orice formă posibilă de materie și energie, de la fulgi de zăpadă la quasari, de la balene albastre la raze gamma. Este ca un supermarket universal, care are de toate.

Bohm nu este singurul în încercarea sa de a explora proprietățile lumii holografice. Indiferent de el, Karl Pribram, un neuroștiință la Universitatea Stanford care lucrează în domeniul cercetării creierului, înclină și el spre imaginea holografică a lumii.

Secțiuni