Marina Flyagina

Forschungskurzzeitprojekt

Experiment – ​​Beobachten Sie das Wachstum von Zwiebeln

Relevanz des Themas

Aktivitäten im Zusammenhang mit Experimentieren und Beobachten, spielt eine große Rolle bei der Entwicklung der mentalen Sphäre des Kindes – bei der Entwicklung des Denkens (Analyse- und Syntheseoperationen, Vergleich, die Fähigkeit, zu verallgemeinern und Schlussfolgerungen zu ziehen, Gedächtnis, Vorstellungskraft, Aufmerksamkeit).

Darüber hinaus lernt das Kind, ordentlich zu sein, auf Details zu achten und den Blick für das große Ganze nicht zu verlieren.

Kinder zeigen großes Interesse an solchen Aktivitäten und neigen dazu, sich selbstständig zu machen Überwachung für Gegenstände der belebten Natur.

Wert Experimentieren und Beobachten für die Entwicklung der kognitiven Sphäre eines Kindes ist längst bewiesen!

Überwachung ist eine zielgerichtete Wahrnehmung und komplex kognitiver Prozess. Basierend auf den gemeinsamen Aktivitäten von Kindern und Lehrern wird spezifisches Wissen gebildet, das das Denken und Sprechen der Kinder entwickelt.

Ist unser Beobachtung kombiniert mit Experiment, es wird langlebig sein. Langfristig Überwachung erfordert obligatorisches Skizzieren (Tagebuch) und Fotos von jeder Etappe Beobachtungen.

Wir wählen vier identische Glühbirnen aus und platzieren sie in unterschiedlichen Bedingungen.

Der erste Tag Beobachtungen

Wir machten die Kinder darauf aufmerksam, dass die Zwiebeln glatt und hart sind.

Frage: Was braucht eine Pflanze? Wachstum?

(Wasser, Wärme und Licht)

Für jede Naturphänomen wähle deins Symbol: Wasser – blauer Kreis, Hitze – rot, Licht – gelb

Die erste Zwiebel wurde in ein Glas mit blauen, roten und gelben Kreisen gegeben. Alle Voraussetzungen wurden für sie geschaffen Wachstum.

Die zweite Zwiebel wurde in ein Glas mit roten und blauen Kreisen gegeben. Die Abwesenheit von Licht haben wir mit einem schwarzen Kreis markiert. Sie bedeckten es mit einer Kappe aus schwarzem Papier – undurchsichtig.

Die dritte Zwiebel wurde in ein Glas ohne Wasser, aber warm und im Licht gegeben. Auf das Glas war ein weißer Kreis geklebt – kein Wasser. Rot steht für das Vorhandensein von Wärme und Gelb für das Vorhandensein von Licht.

Die vierte Zwiebel wurde in den Kühlschrank gestellt, wo alle waren natürliche Bedingungen außer der Kälte. Sie hat weder Wärme noch Licht noch Wasser.

Erster Tag Experiment, machte Skizzen Lukas und Fotos.

Siebte Tag Beobachtungen

Bitten Sie die Kinder nach sieben Tagen, sich die Glühbirnen anzusehen und es herauszufinden

mit welchen Änderungen es eingetreten ist ihnen:

1. Glühbirne

Es gibt weniger Wasser.

Es erschienen kleine Wurzeln.

2 – I Zwiebel

Das Wasser wurde schmutzig.

3. Zwiebel

Am Boden des Glases erschienen kleine Wassertropfen.

4 – Ich Zwiebel

Keine Änderungen.

Siebzehnter Tag Beobachtungen

1. Glühbirne

Die Blätter sind höher geworden

Die Wurzeln sind größer geworden

Weniger Wasser

2 – I Zwiebel

Das Wasser ist schmutzig

Es entsteht ein unangenehmer Geruch

Keine Wurzeln

Keine grünen Blätter

3. Zwiebel

Es sind kleine Blätter erschienen

Wurzeln sind gewachsen

Wassertropfen am Boden des Glases

4 – Ich Zwiebel

Es gibt keine Änderungen

Siebenundzwanzigster Tag Beobachtungen

Nach siebenundzwanzig Tagen sehen wir Folgendes Änderungen:

1. Glühbirne

Schöne Grüns Sprossen Was solltest du haben? Lukas

Starke, lange Wurzeln, sie tranken viel Wasser

Pfeile auf Zwiebeln sind stark geworden, grün und saftig

2 – I Zwiebel

Die Wurzeln sind gewachsen, aber sie sind schwächer

Es gibt Pfeile, aber sie sind blass, klein und gelb

3. Glühbirne

Es erschienen keine Wurzeln

die Sprossen sind nicht gewachsen

Die Knolle ist weich und schlaff geworden

Das Wasser ist schmutzig und riecht schlecht

4. Glühbirne

Es sind keine Änderungen aufgetreten

Schlussfolgerungen:

Für Pflanzenwachstum damit sie sich richtig entwickeln und Früchte tragen, notwendig: Licht, Wärme und Wasser.

Damit Gemüse, insbesondere Zwiebeln, aber nicht verderben und gut gelagert werden können, ist Kühle notwendig. Das zeigte uns die letzte Zwiebel, die perfekt und unverändert im Kühlschrank konserviert war.

Der Nutzen von Grün Lukas

Für Sie und mich sind Zwiebeln das am weitesten verbreitete Gemüse, aber ihre Zusammensetzung ist unterschiedlich so einfach es scheint.

Frühlingszwiebeln schützen vor Virusinfektionen. Salat mit Frühlingszwiebeln schützt davor Erkältungen und Grippe. Feder Lukas nützlich für die Hämatopoese.

Frische Kräuter Zwiebel regt den Appetit an, macht jedes Gericht attraktiver. Eigenschaften von Grün Lukas fördern die Verdauung und den Prozess der Nahrungsaufnahme.

Frühlingszwiebeln sind nützlich bei Vitaminmangel, Kraftverlust, Schläfrigkeit, Schwindel und Frühjahrsmüdigkeit.

Frühlingszwiebeln enthalten mehr Zink als andere Gemüsesorten. Ein Mangel an diesem Element kann Haarausfall und brüchige Nägel verursachen. Darüber hinaus ist Zink an der Bildung der Immunität beteiligt. Frühlingszwiebeln enthalten Stoffe, die den Herzmuskel und die Wände der Blutgefäße stärken, sodass die Herzen und Nur Geschwächte Menschen müssen darauf achten.

Zwiebeln sind reich an Kalzium und Phosphor, was sich sehr positiv auf den Zustand der Zähne auswirkt.

Es wird empfohlen, so viele Zwiebeln wie möglich frisch zu essen – zu Salaten hinzufügen, Suppen, Kohlsuppe, Borschtsch, Okroshka würzen, gedünstetes Gemüse würzen, über Kartoffelpüree oder gekochte Frühkartoffeln streuen. Einführung Lukas Es verleiht Gerichten Vitamine und verbessert ihren Geschmack. Außerdem, Schnittlauch Verbessert das Aussehen von Gerichten, insbesondere in Kombination mit Gemüse wie Rüben, Karotten, Tomaten, Kartoffeln. Es wird zum Dekorieren von Salaten, verschiedenen Vorspeisen, ersten und zweiten Fleisch-, Fisch- und Gemüsegerichten verwendet.

Frühlingszwiebeln sind für den menschlichen Körper das ganze Jahr über notwendig, insbesondere im Winter und im zeitigen Frühjahr.

Veröffentlichungen zum Thema:

Präsentation „Tagebuch der Beobachtung des Erbsenwachstums“ Beobachtungen wurden mit Kindern gemacht Seniorengruppe. Ziel meiner Arbeit ist es, gemeinsam mit den Kindern der älteren Gruppe das Keimen von Erbsen zu beobachten.

Experimentelles Spiel „Warum bewegt sich Blut?“ Spielexperiment „Warum bewegt sich Blut?“ Ziel: Das Wissen über den menschlichen Körper erweitern. Ziele: Kindern eine Vorstellung von der Arbeit vermitteln.

Zusammenfassung des integrierten GCD zur Überwachung von Zimmerpflanzen „Green Service von Aibolit“ Ziel: Kindern beibringen, Pflanzen sorgfältig zu untersuchen, Anzeichen für ihren ungesunden Zustand zu finden und Rückschlüsse auf das Fehlen jeglicher Bedingungen zu ziehen.

Zusammenfassung des integrierten GCD zur Vogelbeobachtung „Futterstation für überwinternde Vögel“ Zusammenfassung einer integrierten Bildungsaktivität – Vogelbeobachtung „Futterstation für überwinternde Vögel“ Zweck: Kindern eine Vorstellung von Vogelfutterstationen zu vermitteln;

Zu Hause lebt ein Igel namens Timokha. Und ich beschloss, den Kindern meiner Gruppe einen lebenden Igel vorzustellen und ihnen die Möglichkeit zu geben, ihn zu sehen, aber es stellte sich heraus, dass es sich um einen Igel handelte.

Aufgabe 23.1.3. Einmal wird der Magnet mit dem Südpol zum Ring durch den Ring gezogen, beim zweiten Mal mit dem Nordpol.

In welchem ​​dieser Fälle entsteht im Ring ein Strom, und wenn in beiden Fällen, ist die Stromrichtung gleich?

Aufgabe 23.1.4. Ein Metallring wird neben einem Permanentmagneten vorbeigeführt (siehe Abbildung). Tritt in diesem Fall ein induzierter Strom im Ring auf?

Aufgabe 23.1.5. Zwei Rahmen rotieren in einem gleichmäßigen Magnetfeld. In welchem ​​Fall erscheint im Rahmen ein induzierter Strom?

Aufgabe 23.1.6. Neben einem geraden Leiter, durch den fließt elektrischer Strom Es gibt einen quadratischen leitenden Rahmen. Irgendwann beginnt sich der Rahmen zu bewegen. In welche Richtung bewegt sich der Rahmen (siehe Abbildung), entsteht darin ein elektrischer Strom?

Aufgabe 23.1.7. Ein Permanentmagnet wird wie folgt durch einen Metallring gezogen: Innerhalb von zwei Sekunden wird der Magnet aus großer Entfernung herangebracht und in den Ring eingeführt, während der nächsten zwei Sekunden bleibt der Magnet bewegungslos im Ring, während der nächsten zwei Sekunden bleibt er bewegungslos wird aus dem Ring entfernt und über eine weite Strecke transportiert. In welchen Zeitabständen fließt Strom im Ring?

Aufgabe 23.1.9. Bei Experimenten zur Beobachtung der elektromagnetischen Induktion befindet sich ein quadratischer Rahmen aus einem dünnen Draht mit einer Seite in einem gleichmäßigen Magnetfeld senkrecht zur Rahmenebene. Die Feldinduktion nimmt von Wert zu Wert gleichmäßig zu. Das Experiment wird wiederholt, wobei die Seite des Rahmens verdoppelt wird. Wie verändert sich die induzierte EMK im Rahmen?

In einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Naturkommunikation berichtet über die experimentelle Realisierung eines merkwürdigen Quantenzustands, den Theoretiker vor einem Jahr beschrieben und als Quanten-Grinsekatze bezeichnet haben. Die Rolle der „Grinsekatze“ spielte das Neutron, und die Rolle des Lächelns übernahm der Spin des Neutrons. Die durchgeführten Messungen zeichnen ein auf den ersten Blick paradoxes Bild: Das Neutron im Inneren des Geräts bewegte sich auf einer Flugbahn und der Spin des Neutrons – ohne das Neutron selbst! - auf dem anderen. Das eklatante Paradoxon dieser Situation verschwindet jedoch, wenn man sorgfältig liest, was genau in diesem Experiment passiert.

Das Paradoxon der Quantenmechanik

Populäre wissenschaftliche Geschichten über Quanteneffekte leiden oft unter übermäßiger Sensationsgier, was durch das Paradoxon noch verstärkt wird. Dieses künstlich aufgeblähte Paradoxon wird oft durch Richard Feynmans Aussage verstärkt, dass niemand die Quantenmechanik wirklich versteht. Dieses Zitat verstärkt insbesondere den Eindruck, dass die Physiker selbst nicht verstehen, was sie in ihren Quantenexperimenten erhalten. Das stimmt natürlich nicht. Die Gesetze der Quantenwelt sind aus der Sicht der alltäglichen Intuition sehr ungewöhnlich, daran führt kein Weg vorbei. Dies bedeutet jedoch keineswegs, dass in der Quantenwelt irgendwelche Kuriositäten verwirklicht werden, egal wie wild und widersprüchlich sie auch erscheinen mögen. Quantengesetze sind mathematisch in sich konsistent, und wenn man sie verwendet, dann sind verschiedene „Quantenparadoxien“ aus alltäglicher Sicht Paradoxien! - lösen sich völlig auf.

Neulich in einer Zeitschrift Naturkommunikation wurde mit der beeindruckenden Überschrift veröffentlicht: „ Beobachtung einer Quanten-Grinsekatze in einem interferometrischen Materiewellenexperiment" Dieser Artikel berichtet über die Durchführung eines vor einem Jahr vorgeschlagenen Experiments, das die ungewöhnlichen Eigenschaften von Quantenteilchen demonstriert (der Begriff „Quanten-Cheshire-Katze“ stammt aus diesem Artikel aus dem Jahr 2013).

Der griffige Begriff sorgte für die Berichterstattung über den neuen Artikel in zahlreichen Medien. Einige von ihnen machten sogar einen ehrlichen Versuch, die Essenz des Phänomens wiederzugeben. Kurz gesagt: In einem Experiment mit Neutronen gelang es den Physikern, einige Eigenschaften des Neutrons von seinem materiellen Wesen abzuspalten. Es stellte sich heraus, dass sich das Neutron in der Anlage auf einer Bahn bewegte und seine Eigenschaften völlig unterschiedlich waren. entlang des Weges, auf dem sich das Teilchen selbst nicht befand. Das klingt natürlich paradox und wirft sofort die Frage auf: „Wie kann das sein?“ Auf diese natürliche Frage gab die überwiegende Mehrheit der Notizen jedoch stillschweigend eine Antwort, die nichts erklärte: „Ja, solche Wunder geschehen in der Quantenwelt.“

Der Zweck dieser Notiz besteht nicht so sehr darin, über die Details der experimentellen Arbeit zu sprechen, sondern darin, das wahre Wesen des Phänomens vom künstlich aufgeblähten Paradoxon zu trennen. Um es zu verstehen, muss man kein Experte sein oder Quantenmechanik an der Universität „belegen“. hier sollten eine oberflächliche Kenntnis populärwissenschaftlicher Materialien und ein wenig Logik ausreichen.

Zwei grundlegende Quantenfakten

Beginnen wir mit zwei grundlegenden Fakten. Erstens kann sich ein Quantenteilchen gleichzeitig an verschiedenen Orten befinden. Dies wird meist am Beispiel der Interferenz eines Elektrons erklärt, das gleichzeitig durch zwei Spalte fliegt und auf dem Bildschirm ein Interferenzmuster bildet (siehe z. B. das entsprechende Kapitel aus den Feynman Lectures on Physics). Wir werden dies anhand eines Geräts veranschaulichen, das genau im behandelten Artikel verwendet wurde – dem Mach-Zehnder-Interferometer (Abb. 2).

Ein Teilchen (Photon, Elektron, Neutron etc.) fliegt in das Gerät, wird am Eingang durch einen durchscheinenden Spiegel in zwei „Personen“ aufgeteilt, die dann auf zwei unterschiedlichen Bahnen fliegen und schließlich im Empfangsgerät wieder vereint werden. Lassen Sie uns betonen: Nicht nur ein Elektronenstrahl oder ein Lichtstrahl wird in zwei Hälften geteilt, sondern jedes Elektron oder Photon geht gleichzeitig auf zwei Wegen. Sie können physisch in der Mitte stehen, und dann wird jedes Elektron gleichzeitig von beiden Seiten um Sie herumgehen. Das ist sehr ungewöhnlich, aber so funktioniert die Mikrowelt.

Ein Beispiel ist ein Elektron, das gleichzeitig zwei unterschiedliche Wege einschlägt Überlagerungen Zustände. Nach den Gesetzen der Quantenmechanik kann ein Elektron, wenn es im Zustand A oder im Zustand B existieren kann, auch im Zustand A + B existieren, also sowohl dort als auch dort gleichzeitig. Diese Zustände A und B könnten zwei Pfade im Interferometer oder zwei Polarisationen des Photons oder korrelierte Kombinationen davon sein (in diesem Fall werden diese Größen als quantenverschränkt bezeichnet) oder etwas anderes. Weithin bekannt ist auch der Extremfall der Überlagerung – die sogenannte Schrödinger-Katze (nicht zu verwechseln mit der Grinsekatze!), die übrigens auch schon experimentell beobachtet wurde – allerdings nicht materiell, sondern multiphotonenhaft.

Zweitens wird der Prozess der Messung beliebiger Eigenschaften eines Teilchens in der Quantenmechanik ganz anders beschrieben als die einfache Quantenbewegung eines Teilchens. Der eigentliche Vorgang der Messung „verdirbt“ den Quantenzustand radikal. Als Ergebnis der Messung schaltet nicht nur das Erfassungsgerät um, sondern auch der Quantenzustand selbst ändert sich stark und bricht zusammen (für die einfachste Beschreibung siehe den Artikel Quantum Sutra, und etwas ernster, in den Feynman-Vorlesungen über Physik oder in das Buch How to Understand Quantum Mechanics).

Wie kann man das am Beispiel eines Interferometers verifizieren? Lassen Sie uns einen Partikelstrom in das anfängliche Interferometer leiten, und der Sensor am Ende zählt ihre Anzahl. Der Anfangszustand der Teilchen sei eine Überlagerung der oberen und unteren Pfade. Machen wir nun eine Messung – prüfen Sie, ob das Teilchen der unteren Bahn folgt. Platzieren wir eine undurchsichtige Wand auf dem oberen Pfad und schauen wir uns die Sensorwerte an: Die Abtastfrequenz hat abgenommen (Abb. 3). Jeder Sensorauslöser zeigt an, dass ein bestimmtes Partikel darauf gefallen ist untere Pfade, aber nicht alle Partikel werden auf diese Weise gefangen. Ebenso können Sie ein Experiment einrichten, um zu überprüfen, ob ein Partikel den oberen Pfad entlang geht; es wird ein ähnliches Ergebnis liefern.

Allerdings veränderte der eigentliche Vorgang der Messung, das bloße Vorhandensein der Wand, den Zustand des Teilchens. Nach der Messung verließ das Teilchen den Überlagerungszustand und ist nun da garantiert geht den unteren Weg entlang. Auf dem oberen Pfad in Abb. 3 Partikel sind nicht mehr da. Und wenn wir jetzt, nach der ersten Wand, eine zweite anbringen, dann schon untere Pfad verstummt der Sensor. Das ist verständlich, da wir dem Elektron beide Wege versperrt haben, verdeutlicht aber auch, dass sich der Zustand der Teilchen nach der ersten Messung dramatisch verändert hat.

Nachauswahl des Quantenzustands

Wenn wir also ein Teilchen in ein Interferometer schleusen, kann es abhängig von seinem Quantenzustand Ψ entweder den einen oder anderen Weg oder gleichzeitig sowohl dorthin als auch dorthin mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeitsamplitude gehen. Fügen wir nun dem Interferometer einen neuen Teil hinzu – den sogenannten Nachauswahl oder „nachträgliche Auswahl“ eines Quantenzustands. Dazu installieren wir am Ausgang ein komplexes System, das den Quantenzustand des ankommenden Teilchens analysiert. Wenn dieser Zustand genau mit einem Signalzustand Φ zusammenfällt, der vom Ausgangszustand Ψ abweichen kann, fliegt das Teilchen in den Signaldetektor (Abb. 4). Wenn dieser Zustand ihm überhaupt nicht ähnlich ist (in mathematischer Sprache - orthogonal zum Signalzustand), bewegt sich das Teilchen irgendwo zur Seite und trifft nicht auf den Detektor.

In einem Post-Selektionsexperiment starten wir ein Teilchen und nehmen Messungen daran vor, aber dann Wir berücksichtigen das Ergebnis nur, wenn der Signaldetektor ausgelöst wird. Apropos in einfachen Worten Wir messen die Eigenschaft eines Teilchens nicht einfach, sondern bewusst wir studieren es unter vorgefassten Bedingungen, in einer voreingenommenen Stichprobe. Alle in einem solchen Experiment erhaltenen Wahrscheinlichkeiten sind nicht absolut, sondern bedingt; es handelt sich um Wahrscheinlichkeiten, wenn Nachauswahlbedingungen erfüllt sind. Und das zwingt uns sofort dazu, die Schlussfolgerungen eines solchen Experiments sorgfältig zu formulieren.

Quantum Grinsekatze: Versuch 1

Beschreiben wir nun das in der Arbeit von 2013 vorgeschlagene Experiment – ​​ein Experiment, das wir vielleicht als Entdeckung einer Quanten-Cheshire-Katze bezeichnet hätten, wenn es nicht die anschließende Enthüllung gegeben hätte. Für diejenigen, die die Berechnungen wiederholen möchten: Nehmen wir an, dass sie alle einfach sind und im Artikel ausführlich beschrieben werden. Sie können von jedem durchgeführt werden, der mit dem mathematischen Formalismus der Quantenmechanik vertraut ist.

Ein auf beiden Wegen wanderndes Photon mit horizontaler linearer Polarisation wird dem Eingang des Interferometers zugeführt. Durch die Nachauswahl wird der photonische Zustand Ψ in Form einer speziellen Überlagerung ausgewählt: (oberer Pfad und horizontale Polarisation) + (unterer Pfad und vertikale Polarisation). Nun führen wir in einem solchen Experiment zwei Arten von Messungen durch. Im ersten Experiment – ​​es wird nach der oben beschriebenen Methode durchgeführt – prüfen wir, welchen Weg das Photon nimmt. Das Messergebnis ist wie folgt: Es geht nur auf dem oberen Weg (Abb. 5).

Im zweiten Experiment messen wir mit einer speziellen Platte die zirkulare Polarisation eines Photons (Abb. 6). Das Ergebnis ist, dass eine Polarisation ungleich Null nur im unteren Pfad erkannt wird. Fazit: Die Photonen selbst folgen dem oberen Pfad und die Polarisation ist von den Photonen getrennt! - auf der Unterseite.

Natürlich ist dieses Paradoxon nicht real und wird durch die obige Argumentation entschlüsselt.

Erstens sollte man nicht davon ausgehen, dass im unteren Arm des Interferometers, wo die Polarisation aufgezeichnet wird, überhaupt keine Photonen vorhanden sind. Sie sind wirklich da. Es ist nur so, dass bei der ersten Art von Experiment die Messung dieses Photon in einen Nicht-Signal-Zustand versetzt. Ein anderer Sensor könnte sie registrieren, aber in unserem Nachauswahlexperiment verwerfen wir solche Ereignisse. So verschwindet die Haupt-„Mystik“: Die Polarisation fliegt nicht von selbst, sie wird physikalisch durch Photonen transportiert, aber wir haben uns einfach entschieden, sie nicht zu berücksichtigen.

Zweitens werden diese beiden Arten von Experimenten – das Testen der Anwesenheit eines Photons und das Messen seiner Polarisation – zwangsläufig mit durchgeführt anders Photonen, und nicht mit dem Gleichen. Photonen in einem bestimmten Zustand fliegen nacheinander in das Interferometer. Wir haben eine Eigenschaft des ersten Photons auf dem unteren Pfad „abgefragt“ – und von hier aus ist es in einen Nicht-Signalzustand zusammengebrochen; wir haben eine andere Eigenschaft des zweiten Photons „abgefragt“ – und es ist in einen Signalzustand zusammengebrochen. Es ist nichts Seltsames daran, dass verschiedene Photonen bei verschiedenen Messungen unterschiedlich kollabierten.

Um es ganz klar zu sagen: Beide Arten von Messungen können gleichzeitig an jedem einzelnen durchlaufenden Photon durchgeführt werden. In diesem Fall ändern sich die Ergebnisse (schließlich ändert sich der Zustand des Photons nach der ersten Messung stark!), und es entsteht ein banales Bild: Der Sensor wird erst ausgelöst, wenn wir auf einem Weg ein Photon entdeckt und die Polarisation erkannt haben auf dem gleichen Weg(Abb. 7). Somit zeigt eine „vollständige Befragung“ des Photons, dass die Polarisation genau dort verläuft, wo das Photon selbst physisch fliegt. Von dem scheinbaren Paradoxon war keine Spur mehr übrig.

Quantum Grinsekatze: Versuch 2

Der erste Versuch, ein System zu schaffen, das einer Quanten-Cheshire-Katze ähnelt (Abb. 1), führte also zu nichts Interessantem: Bei einer sorgfältigen Diskussion der Ergebnisse löste sich die scheinbare Mystik sofort auf. Dies wäre das Ende der Geschichte, wenn es nicht eine neue, subtilere Eigenschaft von Quantensystemen gäbe, die in einer Arbeit aus dem Jahr 2013 vorgeschlagen wurde.

Die Autoren dieses Artikels erinnern daran, dass es in der Quantenmechanik auch eine besondere Art von Messungen gibt – die sogenannten schwachen Messungen, die präzise in Experimenten mit Nachselektion durchgeführt werden. Bei einer schwachen Messung erfasst das Gerät die gemessene Eigenschaft des Partikels nur geringfügig. Es beeinflusst auch den Quantenzustand des Teilchens geringfügig, führt jedoch nicht zu einem absolut garantierten Zusammenbruch des Quantenzustands. Als Ergebnis einer einzigen schwachen Messung erhalten wir keine sehr eindeutigen Informationen über den Zustand des Teilchens, aber der Zustand selbst verschlechtert sich nicht zu sehr – eine Art Kompromiss zwischen Genauigkeit und Einflussstärke. Wenn man jedoch eine schwache Messung an identischen Partikeln viele Male wiederholt, erhält man im Durchschnitt ein mehr oder weniger klares Bild der untersuchten Größe.

Die in der theoretischen Arbeit durchgeführten Berechnungen zeigten, dass gerade mit Hilfe schwacher Messungen schließlich eine Quanten-Grinsekatze erhalten werden kann. Das Experiment selbst sieht vielleicht wie auf den Bildern im vorherigen Abschnitt aus, aber nur die Messungen sind jetzt schwach. Eine wiederholte schwache Polarisationsmessung in einem Post-Selektionsexperiment führt zu einem Wert ungleich Null in einem Arm des Interferometers und zu derselben Messung der Anwesenheit eines Teilchens im anderen. Aber erst jetzt ist es möglich, schwache Messungen beider Arten durchzuführen gleichzeitig. Es besteht nicht mehr die Gefahr, dass der ursprüngliche Zustand durch die Messung völlig zerstört wird. Aber wir wiederholen, auch hier gibt es keine Mystik, da alle diese Messungen nicht absolut, sondern bedingt sind. Sie werden unter der Bedingung durchgeführt, dass der Signaldetektor ausgelöst wird, und sie werden nur im Durchschnitt nach Durchführung einer großen Anzahl von Messungen erhalten Messungen.

Der Neutronenspin wird am Eingang, Ausgang und im Inneren des Interferometers durch spezielle Spulen manipuliert Magnetfeld(ST1, ST2, SRs in Abb. 8). Mit einer für Neutronen durchlässigen Platte (ABS) mit einem Transmissionsgrad von 0,79 lässt sich überprüfen, welchen der beiden Wege ein Neutron nimmt (erste Art von Experiment). Ein zusätzliches Magnetfeld im Inneren des Interferometers, das den Spin um 20 Grad dreht, gekoppelt mit einer Phasenplatte (PS), ermöglicht die Messung des Spins (zweite Art von Experiment). Am Ausgang befinden sich zwei Detektoren, Signal (O-Det) und Test (H-Det), die den Aufprall eines Neutrons registrieren. Das Signalsignal wird zur Nachselektion verwendet, das Testsignal dient zur Steuerung der Intensität des Neutronenflusses.

Die Hauptergebnisse des Experiments sind in Abbildung 10 dargestellt. In jeder Serie zeigen die linken und rechten Abbildungen die Messungen, die im oberen und unteren Arm des Interferometers durchgeführt wurden; Die zentrale Abbildung ist eine Kontrollmessung mit einem leeren Interferometer. Die obere Bildserie ist ein Experiment zur Überprüfung, welchen Weg ein Neutron zurücklegt, die untere Bildserie ist ein Experiment zur Messung des Spins. Das erste Experiment zeigt zuverlässig, dass das Neutron nur im Oberarm vorhanden ist, da dort der Effekt der schwachen Blockierung durch die Platte beobachtet wird. Das zweite Experiment zeigt, dass der Spin nur entlang des Unterarms auftritt, da nur dort der Effekt der Rotation der Platte beobachtet wird. Somit wandern Neutronen (unter Berücksichtigung der Nachselektion!) entlang des Oberarms und der Spin wird nur im Unterarm erfasst. Dies führt jedoch nicht zu wirklichen Paradoxien.

Das Einzige, was in diesem Experiment leider nicht umgesetzt wurde, war die gleichzeitige Messung beider Größen für jedes passierende Teilchen. Da alles mit den quantenmechanischen Vorhersagen übereinstimmt, behaupten die Autoren der Arbeit, dass in diesem Fall die gleichen Ergebnisse erzielt worden wären. Aus Gründen der Klarheit wäre die Durchführung eines solchen Experiments jedoch wünschenswert.

Nachwort

Nachdem sich die Mystik verflüchtigt hat, stellt sich natürlich die Frage: Was kann das nützen? neuer Effekt? Hier können zwei Beispiele genannt werden. Erstens wird es dazu beitragen, die schwache Messung physikalischer Größen selbst besser zu untersuchen. Trotz eines Vierteljahrhunderts experimenteller Forschung ist die physikalische Bedeutung „schwach gemessener“ Größen immer noch umstritten. Tatsächlich besteht immer noch kein Konsens darüber, inwieweit „schwach gemessene“ Größen die Realität charakterisieren physikalische Eigenschaften Partikel.

Zweitens sind prinzipiell Situationen möglich, in denen wir einen subtilen physikalischen Effekt experimentell untersuchen möchten, der von der Polarisation eines Teilchens abhängt, wir aber nicht möchten, dass das Teilchen uns durch seine Ladung oder andere Eigenschaften stört. Es ist möglich, dass es zweckmäßig ist, solche Experimente nicht mit freien Teilchen, sondern in einem Interferometer mit einer Quanten-Cheshire-Katze durchzuführen. In diesem Fall ist die Nachauswahl nicht nur ein merkwürdiger Trick, sondern hilft tatsächlich dabei, die bei der subtilen Messung entstehenden Fehler zu beseitigen. Ist es wahr, konkrete Beispiele Es gibt noch keine derartigen Experimente. Da sich dieses Thema jedoch aktiv weiterentwickelt, ist es möglich, dass sie in einigen Jahren auftauchen und möglicherweise sogar die Grundlage für neue hochpräzise Messtechnologien bilden.

Charakteristisch für das Experiment als besondere empirische Forschungsmethode ist, dass es die Möglichkeit einer aktiven praktischen Einflussnahme auf die untersuchten Phänomene und Prozesse bietet. Dabei beschränkt sich der Forscher nicht auf die passive Beobachtung von Phänomenen, sondern greift bewusst in den natürlichen Ablauf ihres Auftretens ein. Dies kann er entweder dadurch erreichen, dass er die untersuchten Phänomene von einigen externen Faktoren isoliert oder indem er die Grenzbedingungen ändert, unter denen sie auftreten. In beiden Fällen werden die Testergebnisse genau aufgezeichnet und überwacht.

Somit wird das Experiment durch die Ergänzung der einfachen Beobachtung mit aktiver Einflussnahme auf den untersuchten Prozess zu einer sehr effektiven Methode der empirischen Forschung. Dies wird vor allem durch eine engere Verknüpfung von Experiment und Theorie ermöglicht. „Experimentieren“, schreiben I. Prigogine und I. Stengers, „bedeutet nicht nur die zuverlässige Beobachtung echter Tatsachen, nicht nur die Suche nach empirischen Abhängigkeiten zwischen Phänomenen, sondern impliziert auch eine systematische Interaktion zwischen theoretischen Konzepten und Beobachtung“ 1.

Die Idee eines Experiments, sein Design und die Interpretation der Ergebnisse hängen viel mehr von der Theorie ab als von der Suche und Interpretation von Beobachtungsdaten.

Gegenwärtig wird die experimentelle Methode nicht nur in den experimentellen Wissenschaften verwendet, die traditionell den exakten Naturwissenschaften zugerechnet werden (Mechanik, Physik, Chemie usw.), sondern auch in den Wissenschaften, die studieren Tierwelt, insbesondere in denen, die moderne physische und chemische Methoden Forschung (Genetik, Molekularbiologie, Physiologie usw.).

In der modernen Wissenschaft wurde die experimentelle Methode, wie wir bereits wissen, erstmals von Galilei systematisch angewendet, obwohl einzelne Versuche, sie anzuwenden, in der Antike und insbesondere im Mittelalter zu finden sind.

Galileo begann seine Forschung mit der Untersuchung der einfachsten Naturphänomene – der mechanischen Bewegung von Körpern im Raum im Laufe der Zeit (der Fall von Körpern, die Bewegung von Körpern entlang einer schiefen Ebene und die Flugbahnen von Kanonenkugeln). Trotz der scheinbaren Einfachheit dieser Phänomene stieß er auf eine Reihe von Schwierigkeiten sowohl wissenschaftlicher als auch ideologischer Natur. Letztere waren vor allem mit der Tradition einer rein naturphilosophischen, spekulativen Herangehensweise an die Erforschung von Naturphänomenen verbunden, die bis in die Antike zurückreicht. So wurde in der aristotelischen Physik erkannt, dass Bewegung nur dann erfolgt, wenn Kraft auf einen Körper ausgeübt wird. Diese Position galt in der mittelalterlichen Wissenschaft als allgemein akzeptiert. Galilei war der erste, der dies in Frage stellte und vorschlug, dass der Körper ruhen oder in Uniform sein würde gerade Bewegung bis äußere Kräfte auf ihn einwirken. Seit Newtons Zeiten wurde dieser Satz als erstes Gesetz der Mechanik formuliert.

Bemerkenswert ist, dass Galilei als erster das Trägheitsprinzip rechtfertigte geistig ein Experiment, das später als heuristisches Forschungsmittel in verschiedenen Zweigen der modernen Naturwissenschaften breite Anwendung fand. Sein Wesen liegt in der Analyse der Abfolge realer Beobachtungen und im Übergang von ihnen zu einer Grenzsituation, in der die Wirkung bestimmter Kräfte oder Faktoren mental ausgeschlossen ist. Wenn Sie beispielsweise mechanische Bewegungen beobachten, können Sie die Wirkung verschiedener Kräfte auf den Körper – Reibung, Luftwiderstand usw. – schrittweise reduzieren. - und stellen Sie sicher, dass sich der vom Körper zurückgelegte Weg entsprechend vergrößert. Im Grenzfall kann man alle derartigen Kräfte ausschließen und zu dem Schluss kommen, dass sich der Körper unter solchen idealen Bedingungen unbegrenzt gleichmäßig und geradlinig bewegen wird oder in Ruhe bleibt.

Galileis größte Errungenschaften waren jedoch mit der Durchführung realer Experimente und der mathematischen Verarbeitung ihrer Ergebnisse verbunden. Hervorragende Ergebnisse erzielte er bei experimentellen Studien zum freien Fall von Körpern. In seinem wunderbaren Buch „Gespräche und mathematische Beweise...“ beschreibt Galilei ausführlich, wie er zu seiner Entdeckung des Gesetzes der Konstanz der Beschleunigung frei fallender Körper kam. Zunächst glaubte er, wie seine Vorgänger Leonardo da Vinci, Benedetti und andere, dass die Fallgeschwindigkeit eines Körpers proportional zur zurückgelegten Strecke sei. Galilei hat diese Annahme jedoch später aufgegeben, da sie zu Konsequenzen führt, die durch Experiment 1 nicht bestätigt werden. Deshalb beschloss er, eine andere Hypothese zu testen: Die Geschwindigkeit eines frei fallenden Körpers ist proportional zur Fallzeit. Daraus folgte die Konsequenz, dass der vom Körper zurückgelegte Weg proportional zum halben Quadrat der Fallzeit ist, was in einem speziell konstruierten Experiment bestätigt wurde. Da es zu dieser Zeit erhebliche Schwierigkeiten bei der Zeitmessung gab, beschloss Galileo, den Fallprozess zu verlangsamen. Dazu rollte er eine Bronzekugel über eine geneigte Rutsche mit polierten Wänden. Indem er die Zeit maß, die der Ball brauchte, um verschiedene Abschnitte der Bahn zu durchlaufen, konnte er die Richtigkeit seiner Annahme über die Konstanz der Beschleunigung frei fallender Körper überprüfen.

Mit seinen enormen Leistungen moderne Wissenschaft verdankt sich gerade dem Experiment, denn mit seiner Hilfe war es möglich, Denken und Erfahrung, Theorie und Praxis organisch zu verbinden. Im Wesentlichen ist das Experiment eine an die Natur gerichtete Frage. Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass die Natur die von ihr gestellten Fragen richtig beantwortet. Deshalb ist das Experiment seit der Zeit Galileis zum wichtigsten Mittel des Dialogs zwischen Mensch und Natur geworden, ein Weg, in ihre tiefen Geheimnisse einzudringen und die Gesetze zu entdecken, die die im Experiment beobachteten Phänomene regeln.

• Prigozhy I., Stengers I. Ordnung aus dem Chaos. - M., 1986. - S. 44.
• Einige berühmte Wissenschaftshistoriker, darunter P. Duhem, A. Crombie, D. Randell argumentiert, dass die Entstehung der experimentellen Wissenschaft bereits im Mittelalter erfolgte. Zur Bestätigung ihrer These verweisen sie auf die Tatsache, dass solche Experimente im 13.-14. Jahrhundert durchgeführt wurden. in Paris und im 16. Jahrhundert. in Padua.
• Galileo G. Ausgewählte Werke: In 2 Bänden. Band 1. - M.: Nauka, 1964. - S. 241-242.
• Siehe: Lipson G. Großartige Experimente in der Physik. - M., 1972. - S. 12.

Niemand auf der Welt versteht die Quantenmechanik – das ist das Wichtigste, was Sie darüber wissen müssen. Ja, viele Physiker haben gelernt, seine Gesetze zu nutzen und mithilfe von Quantenberechnungen sogar Phänomene vorherzusagen. Es ist jedoch immer noch nicht klar, warum die Anwesenheit eines Beobachters das Schicksal des Systems bestimmt und es dazu zwingt, sich für einen Staat zu entscheiden. „Theories and Practices“ wählte Beispiele von Experimenten aus, deren Ausgang unweigerlich vom Beobachter beeinflusst wird, und versuchte herauszufinden, was die Quantenmechanik mit solchen Eingriffen des Bewusstseins in die materielle Realität machen wird.

Shroedingers Katze

Heutzutage gibt es viele Interpretationen der Quantenmechanik, von denen die Kopenhagener nach wie vor die beliebteste ist. Seine Grundprinzipien wurden in den 1920er Jahren von Niels Bohr und Werner Heisenberg formuliert. Und der zentrale Begriff der Kopenhagener Interpretation war die Wellenfunktion – eine mathematische Funktion, die Informationen über alle möglichen Zustände eines Quantensystems enthält, in dem sie sich gleichzeitig befindet.

Nach der Kopenhagener Interpretation kann nur die Beobachtung den Zustand eines Systems zuverlässig bestimmen und es vom Rest unterscheiden (die Wellenfunktion hilft lediglich dabei, die Wahrscheinlichkeit, ein System in einem bestimmten Zustand zu entdecken, mathematisch zu berechnen). Wir können sagen, dass ein Quantensystem nach der Beobachtung klassisch wird: Es hört sofort auf, in vielen Zuständen gleichzeitig zu existieren, und stattdessen einen von ihnen.

Dieser Ansatz hatte schon immer seine Gegner (denken Sie zum Beispiel an „Gott würfelt nicht“ von Albert Einstein), aber die Genauigkeit der Berechnungen und Vorhersagen forderte ihren Tribut. Allerdings gibt es in letzter Zeit immer weniger Befürworter der Kopenhagener Interpretation, was nicht zuletzt an dem sehr mysteriösen augenblicklichen Zusammenbruch der Wellenfunktion während der Messung liegt. Erwin Schrödingers berühmtes Gedankenexperiment mit der armen Katze sollte gerade die Absurdität dieses Phänomens aufzeigen.

Erinnern wir uns also an den Inhalt des Experiments. In einer Blackbox werden eine lebende Katze, eine Ampulle mit Gift und ein bestimmter Mechanismus, der das Gift nach dem Zufallsprinzip in die Tat umsetzen kann, platziert. Zum Beispiel ein radioaktives Atom, dessen Zerfall die Ampulle zerbrechen lässt. Der genaue Zeitpunkt des Atomzerfalls ist unbekannt. Bekannt ist nur die Halbwertszeit: die Zeit, in der der Zerfall mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % erfolgt.

Es stellt sich heraus, dass die Katze in der Box für einen externen Beobachter in zwei Zuständen gleichzeitig existiert: Sie ist entweder lebendig, wenn alles gut geht, oder tot, wenn Verfall eingetreten ist und die Ampulle zerbrochen ist. Beide Zustände werden durch die Wellenfunktion der Katze beschrieben, die sich mit der Zeit ändert: Je weiter entfernt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass bereits radioaktiver Zerfall stattgefunden hat. Doch sobald die Schachtel geöffnet wird, bricht die Wellenfunktion zusammen und wir sehen sofort das Ergebnis des Knacker-Experiments.

Es stellt sich heraus, dass die Katze, bis der Beobachter die Kiste öffnet, für immer an der Grenze zwischen Leben und Tod balancieren wird und nur die Aktion des Beobachters ihr Schicksal bestimmen wird. Das ist die Absurdität, auf die Schrödinger hingewiesen hat.

Elektronenbeugung

Laut einer Umfrage der New York Times unter führenden Physikern wurde das 1961 von Klaus Jenson durchgeführte Experiment mit Elektronenbeugung zu einem der schönsten in der Geschichte der Wissenschaft. Was ist sein Wesen?

Es gibt eine Quelle, die einen Elektronenfluss in Richtung eines fotografischen Plattenschirms aussendet. Und diesen Elektronen steht ein Hindernis im Weg – eine Kupferplatte mit zwei Schlitzen. Was für ein Bild können Sie auf dem Bildschirm erwarten, wenn Sie sich Elektronen nur als kleine geladene Kugeln vorstellen? Zwei Leuchtstreifen gegenüber den Schlitzen.

In Wirklichkeit erscheint auf dem Bildschirm ein viel komplexeres Muster aus abwechselnden schwarzen und weißen Streifen. Tatsache ist, dass sich Elektronen beim Durchgang durch die Schlitze nicht mehr wie Teilchen, sondern wie Wellen verhalten (so wie Photonen, Lichtteilchen, gleichzeitig Wellen sein können). Dann interagieren diese Wellen im Raum, schwächen und verstärken sich an manchen Stellen gegenseitig und als Ergebnis erscheint ein Bild auf dem Bildschirm. komplexes Bild aus abwechselnd hellen und dunklen Streifen.

In diesem Fall ändert sich das Ergebnis des Experiments nicht, und wenn Elektronen nicht in einem kontinuierlichen Strom, sondern einzeln durch den Spalt geschickt werden, kann sogar ein Teilchen gleichzeitig eine Welle sein. Sogar ein Elektron kann gleichzeitig zwei Spalte passieren (und dies ist ein weiterer wichtiger Punkt der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik – Objekte können gleichzeitig ihre „normalen“ Materialeigenschaften und exotischen Welleneigenschaften aufweisen).

Aber was hat der Beobachter damit zu tun? Trotz der Tatsache, dass seine ohnehin schon komplizierte Geschichte noch komplizierter wurde. Als Physiker in ähnlichen Experimenten versuchten, mit Hilfe von Instrumenten nachzuweisen, welche Schlitze das Elektron tatsächlich passierten, änderte sich das Bild auf dem Bildschirm dramatisch und wurde „klassisch“: zwei beleuchtete Bereiche gegenüber den Schlitzen und keine abwechselnden Streifen.

Es war, als wollten die Elektronen ihre Wellennatur unter dem wachsamen Blick des Beobachters nicht zeigen. Wir haben uns auf seinen instinktiven Wunsch eingestellt, ein einfaches und verständliches Bild zu sehen. Mystiker? Es gibt eine viel einfachere Erklärung: Keine Beobachtung des Systems kann ohne physikalischen Einfluss darauf durchgeführt werden. Aber darauf kommen wir etwas später zurück.

Erhitztes Fulleren

Experimente zur Teilchenbeugung wurden nicht nur an Elektronen, sondern auch an viel größeren Objekten durchgeführt. Beispielsweise sind Fullerene große, geschlossene Moleküle, die aus Dutzenden von Kohlenstoffatomen bestehen (ein Fulleren mit sechzig Kohlenstoffatomen hat beispielsweise eine sehr ähnliche Form wie ein Fußball: eine hohle Kugel, die aus Fünfecken und Sechsecken zusammengefügt ist).

Kürzlich versuchte eine Gruppe der Universität Wien unter der Leitung von Professor Zeilinger, ein Element der Beobachtung in solche Experimente einzuführen. Dazu bestrahlten sie bewegte Fullerenmoleküle mit einem Laserstrahl. Anschließend begannen die Moleküle, durch äußere Einflüsse erhitzt, zu leuchten und verrieten so dem Betrachter unweigerlich ihren Platz im Raum.

Mit dieser Innovation veränderte sich auch das Verhalten der Moleküle. Vor Beginn der totalen Überwachung umgingen Fullerene Hindernisse recht erfolgreich (ausgestellt). Welleneigenschaften) ähnlich wie die Elektronen aus dem vorherigen Beispiel, die durch einen undurchsichtigen Schirm gehen. Doch später, mit dem Erscheinen eines Beobachters, beruhigten sich die Fullerene und begannen sich wie völlig gesetzestreue Materieteilchen zu verhalten.

Kühldimension

Eines der bekanntesten Gesetze der Quantenwelt ist die Heisenbergsche Unschärferelation: Es ist unmöglich, gleichzeitig Position und Geschwindigkeit eines Quantenobjekts zu bestimmen. Je genauer wir den Impuls eines Teilchens messen, desto ungenauer kann seine Position gemessen werden. Aber die Auswirkungen der Quantengesetze, die auf der Ebene winziger Teilchen wirken, sind in unserer Welt der großen Makroobjekte normalerweise nicht wahrnehmbar.

Umso wertvoller sind die jüngsten Experimente der Gruppe von Professor Schwab aus den USA, in denen Quanteneffekte nicht auf der Ebene derselben Elektronen oder Fullerenmoleküle nachgewiesen (ihr charakteristischer Durchmesser beträgt etwa 1 nm), sondern auf einem etwas greifbareren Objekt – einem winzigen Aluminiumstreifen.

Dieser Streifen war auf beiden Seiten befestigt, so dass seine Mitte aufgehängt war und bei äußerer Einwirkung vibrieren konnte. Darüber hinaus befand sich neben dem Streifen ein Gerät, das seine Position mit hoher Genauigkeit aufzeichnen konnte.

Dabei entdeckten die Experimentatoren zwei interessante Effekte. Erstens verlief jede Messung der Position des Objekts oder die Beobachtung des Streifens nicht spurlos – nach jeder Messung änderte sich die Position des Streifens. Grob gesagt bestimmten die Experimentatoren die Koordinaten des Streifens mit großer Genauigkeit und veränderten dadurch nach dem Heisenberg-Prinzip seine Geschwindigkeit und damit seine spätere Position.

Zweitens führten einige Messungen völlig unerwartet auch zu einer Abkühlung des Bandes. Es stellt sich heraus, dass ein Beobachter allein durch seine Anwesenheit die physikalischen Eigenschaften von Objekten verändern kann. Es klingt völlig unglaublich, aber zur Ehre der Physiker muss man sagen, dass sie nicht ratlos waren – jetzt denkt die Gruppe von Professor Schwab darüber nach, wie man den entdeckten Effekt auf kühle elektronische Chips anwenden kann.

Gefrierende Partikel

Wie Sie wissen, zerfallen instabile radioaktive Partikel auf der Welt nicht nur für Experimente an Katzen, sondern auch völlig von selbst. Darüber hinaus zeichnet sich jedes Teilchen durch eine durchschnittliche Lebensdauer aus, die sich unter dem wachsamen Blick des Beobachters erhöhen kann.

Dieser Quanteneffekt wurde erstmals in den 1960er Jahren vorhergesagt und seine brillante experimentelle Bestätigung erschien in einem 2006 von der Gruppe veröffentlichten Artikel Nobelpreisträger in Physik von Wolfgang Ketterle vom Massachusetts Institute of Technology.

In dieser Arbeit untersuchten wir den Zerfall instabiler angeregter Rubidiumatome (Zerfall in Rubidiumatome im Grundzustand und Photonen). Unmittelbar nach der Vorbereitung des Systems und der Anregung der Atome begann man, sie zu beobachten – sie wurden mit einem Laserstrahl beleuchtet. In diesem Fall wurde die Beobachtung in zwei Modi durchgeführt: kontinuierlich (kleine Lichtimpulse werden dem System ständig zugeführt) und gepulst (das System wird von Zeit zu Zeit mit stärkeren Impulsen bestrahlt).

Die erzielten Ergebnisse stimmten hervorragend mit theoretischen Vorhersagen überein. Äußere Lichteinflüsse verlangsamen tatsächlich den Zerfall von Partikeln, als würden sie sie in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzen, weit entfernt vom Zerfall. Darüber hinaus stimmt auch das Ausmaß des Effekts für die beiden untersuchten Regime mit den Vorhersagen überein. Und die maximale Lebensdauer instabil angeregter Rubidiumatome wurde um das 30-fache verlängert.

Quantenmechanik und Bewusstsein

Elektronen und Fullerene verlieren ihre Welleneigenschaften, Aluminiumplatten kühlen ab und instabile Teilchen gefrieren in ihrem Zerfall: Unter dem allmächtigen Blick des Beobachters verändert sich die Welt. Was ist kein Beweis dafür, dass unser Geist an der Arbeit der Welt um uns herum beteiligt ist? Vielleicht hatten Carl Jung und Wolfgang Pauli (österreichischer Physiker, Nobelpreisträger, einer der Pioniere der Quantenmechanik) Recht, als sie sagten, dass die Gesetze der Physik und des Bewusstseins als komplementär betrachtet werden sollten?

Aber das ist nur ein Schritt von der routinemäßigen Erkenntnis entfernt: Die ganze Welt um uns herum ist die Essenz unseres Geistes. Unheimlich? („Glauben Sie wirklich, dass der Mond nur dann existiert, wenn Sie ihn betrachten?“ Einstein kommentierte die Prinzipien der Quantenmechanik). Dann versuchen wir noch einmal, uns an die Physiker zu wenden. Darüber hinaus in letzten Jahren Sie mögen die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik mit ihrem mysteriösen Zusammenbruch einer Funktionswelle, die durch einen anderen, recht bodenständigen und zuverlässigen Begriff ersetzt wird – Dekohärenz – immer weniger.

Der Punkt ist folgender: Bei allen beschriebenen Beobachtungsexperimenten haben die Experimentatoren zwangsläufig Einfluss auf das System genommen. Sie beleuchteten es mit einem Laser und installierten Messgeräte. Und das ist ein allgemeines, sehr wichtiges Prinzip: Man kann ein System nicht beobachten und seine Eigenschaften nicht messen, ohne mit ihm zu interagieren. Und wo es Interaktion gibt, gibt es eine Veränderung der Eigenschaften. Darüber hinaus, wenn der Koloss der Quantenobjekte mit einem winzigen Quantensystem interagiert. Daher ist eine ewige, buddhistische Neutralität des Betrachters unmöglich.

Genau daraus erklärt sich der Begriff „Dekohärenz“ – ein irreversibler Prozess der Verletzung der Quanteneigenschaften eines Systems während seiner Interaktion mit einem anderen, größeren System. Bei einer solchen Wechselwirkung verliert das Quantensystem seine ursprünglichen Eigenschaften und wird klassisch, indem es sich dem großen System „unterwirft“. Dies erklärt das Paradoxon bei Schrödingers Katze: Die Katze ist ein so großes System, dass sie einfach nicht von der Welt isoliert werden kann. Das Gedankenexperiment selbst ist nicht ganz richtig.

Im Vergleich zur Realität als Akt der Bewusstseinsbildung klingt Dekohärenz jedenfalls deutlich ruhiger. Vielleicht sogar zu ruhig. Schließlich wird mit diesem Ansatz die gesamte klassische Welt zu einem einzigen großen Dekohärenzeffekt. Und laut den Autoren eines der seriösesten Bücher auf diesem Gebiet ergeben sich aus solchen Ansätzen auch logischerweise Aussagen wie „Es gibt keine Teilchen auf der Welt“ oder „Es gibt keine Zeit auf einer fundamentalen Ebene“.

Kreativer Beobachter oder allmächtige Dekohärenz? Sie müssen zwischen zwei Übeln wählen. Aber denken Sie daran: Mittlerweile sind Wissenschaftler zunehmend davon überzeugt, dass die Grundlage unserer Denkprozesse dieselben berüchtigten Quanteneffekte sind. Wo also die Beobachtung endet und die Realität beginnt – jeder von uns muss entscheiden.