Эффект наблюдателя в квантовой физике объяснение. Миф об особой роли сознания наблюдателя в квантовой механике

Свет мой зеркальце, скажи,
Да всю правду доложи:
Кто тут взглядом сквозь ресницы
Может схлопывать частицы?

Квантовая версия старой сказки

Моё сознательное решение относительно того, как я буду наблюдать электрон, в некоторой степени определяет свойства этого электрона. Если я задам ему корпускулярный вопрос, он даст мне корпускулярный ответ. Если я задам ему волновой вопрос, он даст волновой ответ.

— Фритьоф Капра

Этот глубокий сдвиг в представлении физиков о сущности их занятий и о значении из формул — не простая причуда учёных. Это была их последняя надежда. Сама мысль о том, что для понимания атомных явлений придётся отказаться от физической онтологии и разработать математические формулы, отражающие скорее знание о наблюдателе, чем о событиях внешнего мира, на первый взгляд настолько абсурдна, что ни одна группа видных и заслуженных учёных ни за что не приняла бы её, кроме как в качестве последнего экстремального средства.

— Генри Стэпп

Столкнувшись с экспериментальными свидетельствами того, что процесс наблюдения влияет на объект, учёные были вынуждены отказаться от представлений, царивших в науке четыре сотни лет, и взяться за проработку революционной идеи: мы непосредственно вовлечены в реальность. Хотя природа и степень нашей способности влиять на реальность до сих пор остаются предметом жарких споров, можно согласиться с формулировкой Фритьофа Капры: «Ключевая идея квантовой теории — наблюдатель необходим не только для того, чтобы наблюдать свойства атомного явления, но и для того, чтобы эти свойства вообще возникли».

Наблюдатель влияет на наблюдаемое

До того, как произведено наблюдение или измерение, объект существует только в качестве «волны вероятности» (на языке физиков — волновой функции ). У неё нет определённого положении или скорости. Эта волновая функция, или волна вероятности, представляет собой всего лишь вероятность того, что при наблюдении или измерении объект окажется здесь или там . У него есть потенциальные местоположения и потенциальные скорости — но мы не можем узнать их значений, пока не проведём наблюдение.

«С этой точки зрения, — пишет Брайан Грин в книге «Ткань космоса», — определяя положение электрона, мы не измеряем объективную, изначально существующую черту реальности. Скорее самим фактом измерения мы непосредственно участвуем в формировании исследуемой реальности». А Фритъоф Капра подводит итог: «У электрона нет объективных качеств, независимых от моего сознания».

Всё это постепенно стирает некогда отчётливую границу между «внешним миром» и субъективным наблюдателем. Они как бы сливаются, или, образно выражаясь, танцуют в совместном процессе открытия — или сотворения? — мира

Проблема измерения

Сегодня этот эффект наблюдения больше известен под названием «проблема измерения». Более ранние описания данного феномена включали в себя сознательного наблюдателя, однако, учёные постоянно старались убрать из своей теории проблемное слово «сознание». Ибо тут немедленно возникает вопрос о том, что такое сознание: если собака увидит результаты эксперимента с электронами, приведёт ли это к схлопыванию волновой функции?

Исключив из теории сознание , учёные продемонстрировали понимание уже упоминавшегося выше факта: от фантазии о том, что можно проводить измерения и не влиять на измеряемый объект, придётся отказаться навсегда. Так называемая «муха на стене», которая сидит себе и никак не влияет на окружающую действительность, просто не может существовать. (И нам не нужно ломать голову над тем, сознательна ли эта муха! )

Для того, чтобы согласовать между собой наблюдателя, измерение, сознание и схлопывание, за достаточно продолжительное время было выдвинуто множество теорий. Первая из таких теорий, которая до сих пор остаётся предметом дискуссий, — это так называемая «копенгагенская интерпретация».

Мне кажется, когда люди говорят о наблюдателе, они упускают один важнейший момент: кто этот наблюдатель? Возможно, мы настолько привыкли к этому слову, что уже не совсем понимаем его. Наблюдатель — это каждый человек, независимо от пола, расы, общественного положения и вероисповедания. Это означает, что КАЖДЫЙ человек обладает способностью наблюдать и изменять субатомную реальность. Возьмите любого человека с улицы — будь то менеджер, сантехник, проститутка, скрипач, полицейский, — и он может делать это. Не только учёные в их священных чертогах. Эта наука принадлежит каждому, поскольку сама по себе наука является метафорой, позволяющей объяснить человека. Объяснить НАС.

Чтобы полностью понять квантовую механику, чтобы полностью определить, что она говорит о реальности.. мы должны вплотную заняться проблемой квантового измерения.

— Брайан Грин, «Ткань космоса».

Вопрос в том, способны ли мы создать математическую модель того, что делает наблюдатель, когда он наблюдает и изменяет реальность? До сих пор нам это не удавалось. Любая из используемых нами математических моделей, включающих в себя наблюдателей, похоже, подразумевает математические разрывы непрерывности. Наблюдатель исключён из физические уравнений по простой причине: так проще.

— Фред Алан Вольф, доктор философии

Копенгагенская интерпретация

Радикальную идею о том, что наблюдатель неизбежно влияет на любой наблюдаемый физический процесс и мы не можем оставаться нейтральными объективными свидетелями предметов и явлений, впервые начали отстаивать Нильс Бор и его коллега-земляки из Копенгагена. Вот почему эту теорию нередко называют копенгагенской интерпретацией. Бор утверждал, что за принципом неопределённости Гейзенберга стоит не только тот факт, что мы не можем одновременно определить, как быстро движется частица и где она находится. Вот как описывает позицию Бора Фред Алан Вольф «Дело не просто в том, что ты не можешь измерить это. Этого вообще нет, пока никто это не наблюдает. А Гейзенберг полагал, что это всё же существует само по себе». Гейзенберг не мог принять мысль о том, что этого нет без наблюдателя. Бор же считал, что частицы сами по себе даже не обретают существования, пока мы их не наблюдаем, и реальность на квантовом уровне не существует, если никто не ведёт наблюдение или измерение

На самом деле многие учёные яростно оспаривали эту сложную и неоднозначную идею, идущую вразрез со здравым смыслом и с нашим повседневным опытом. Эйнштейн и Бор часто спорили до глубокой ночи, и Эйнштейн говорил, что он «просто не может принять это».

До сих пор ведётся дискуссия — можно даже сказать, жаркий спор — о том, только ли человеческое сознание может схлопывать волновые функции и переводить объект из состояния вероятности в точечное состояние

Гейзенберг полагал, что ключевым фактором тут является ум. Он определял сам акт измерения как «акт регистрации результата в уме наблюдателя . Дискретное изменение в функции вероятности происходит в момент регистрации именно вследствие дискретного изменения в нашем знании в момент регистрации, которое и проявляется в дискретном изменении функции вероятности».

Или, как говорит Линн Мактаггарт, избегая научных терминов «Реальность подобна ещё не застывшему желе Внешний мир представляет собой колоссальный неопределённый студень — потенциал нашей жизни А мы своей заинтересованностью, своим вниманием, своим наблюдением заставляем это желе застыть. Таким образом, мы являемся неотъемлемой составляющей процесса реальности. Наше внимание и создаёт эту реальность».

Основы квантовой механики

Эта область исследования возникла в 1970-е годы как попытка убрать «сознательную» составляющую из теорий квантовой механики. Это был более механистический взгляд на проблему измерения. Измерительный прибор в физическом исследовании стали рассматривать как активный фактор.

Вот как описывает это доктор Алберт:

Среди учёных постоянно возникали всё более и более запутанные споры на тему «Может ли кошка вызвать эти же эффекты своим сознанием? А может ли мышь вызвать эти эффекты своим сознанием?» В конце концов стало ясно, что слова, используемые в подобных дискуссиях, настолько неточны, настолько неопределённы, что с их помощью полноценную научную теорию не построишь, — и от этой идеи пришлось отказаться.

Эта работа [основы квантовой механики] представляет собой попытку понять, как нужно трансформировать уравнения, чтобы объяснить изменения в квантовом состоянии элементарных частиц, или какие физические факторы нужно добавить в нашу картину мира, чтобы показать, каким образом эти изменения происходят.

Короче говоря, основы квантовой механики — это попытка посмотреть на квантовую реальность с чисто физической точки зрения — исключая проблемы, связанные с сознательным наблюдателем

Во вселенной Эйнштейна все объекты обладают теми или иными физическими атрибутами со строго определёнными значениями. И эти атрибуты не пребывают в неком призрачном состоянии, ожидая, пока экспериментатор проведёт измерение и тем самым даст им существование. Большинство физиков склонны считать, что в этом Эйнштейн ошибался. С точки зрения этот большинства, корпускулярные свойства обретают существование лишь под воздействием измерения... Когда же наблюдение не осуществляется, корпускулярные свойства призрачны и смутны и характеризуются лишь вероятностью того, что реализуется та или иная потенциальная возможность.

— Брайан Грин, «Ткань космоса».

Теория многих миров

Физик Хью Эверетт предположил, что в момент квантового измерения квантовая функция схлопывается не в одни результат, но реализуется каждый возможный результат В процессе реализации этих результатов Вселенная разделяется на столько версий, сколько существует возможных результатов измерения. Отсюда возникла идея (довольно неуклюжая, но, несомненно, способствующая расширению сознания) о существовании множества параллельных вселенных, где реализованы все квантовые потенциалы.

Задумайтесь на минутку над этой концепцией: всякий раз, когда вы делаете выбор, бесчисленные параллельные возможности, или результаты, реализуются одновременно !

На вопрос о том, остаётся ли положение электрона неизменным, мы отвечаем «нет»;

на вопрос о том, изменяется ли положение электрона со временем, мы отвечаем «нет»;

на вопрос о том, сохраняет ли электрон покой, мы отвечаем «нет»;

на вопрос о том, движется ли он, мы отвечаем «нет».

— Дж. Роберт Оппенгеймер, создатель американской атомной бомбы

Квантовая логика

Математик Джон фон Нейман создал прочную математическую основу квантовой теории. Рассматривая наблюдателя и объект наблюдения, он разбил проблему на три процесса.

Процесс 1 — решение наблюдателя относительно того, какой вопрос он задаст квантовому миру. Свет мой зеркальце, скажи... Этот выбор уже сужает степень свободы квантовой системы, ограничивая её реакции. (На самом деле, любой вопрос ограничивает ответ: если у тебя спрашивают, какие фрукты ты будешь есть на обед, «говядина» не будет уместным ответом.)

Процесс 2 — эволюция состояния волнового уравнения. Облако вероятности эволюционирует по схеме, описываемой волновым уравнением Шрёдингера.

Процесс 3 — квантовое состояние, являющееся ответом на вопрос, сформулированный в ходе реализации процесса 1, или схлопывание частицы.

Один из самых интересных моментов в этой формальной процедуре — решение, какой вопрос задать квантовому миру. Любое наблюдение включает в себя выбор того, что мы намерены наблюдать. Получается, что такие понятия, как «выбор» и «свободная воля», становятся частью квантового события. Вопрос, является ли собака сознательным наблюдателем, остаётся открытым; однако, ответ на вопрос, принимала ли собака когда-нибудь решение (процесс 1) произвести квантовое измерение для исследования волновой природы электрона, кажется вполне очевидным.

Эта теория квантовой логики не определяет, что включено в физическую систему процесса 2. Это означает, что мозг наблюдателя может восприниматься как часть эволюционирующей волновой функции наряду с наблюдаемыми электронами. В связи с этим возник целый ряд теорий, описывающих сознание, разум и мозг. См. Генри Стэпп. Заботливая Вселенная. Мы подробнее остановимся на этом в главе «Квантовый мозг».

Квантовая логика Джона фон Неймана дала важный ключ к решению проблемы измерения: измерение становится измерением благодаря решению наблюдателя. Это решение ограничивает степень свободы реакций физической системы (например, электрона) и тем самым влияет на результат (реальность).

Неореализм

Основателем неореализма был Эйнштейн, который отказывался принять любые толкования, согласно которым обычная реальность не существует сама по себе, независимо от наблюдений и измерений. Неореалисты полагают, что реальность состоит из объектов, чьё поведение согласуется с принципами классической физики, а парадоксы квантовой механики указывают на неполноту и изъяны теории. Этот подход также известен как интерпретация «скрытой переменной». Имеется в виду, что стоит нам обнаружить скрытые факторы — и все парадоксы разрешатся сами собой.

Сознание творит реальность

Эта интерпретация доводит до крайности идею о том, что сам акт сознательного наблюдения является ключевым фактором в создании реальности. При этом акт наблюдения получает привилегированную роль в процессе схлопывания вероятного в реальное. Большинство представителей физической науки воспринимают эту интерпретацию как «эзотерическую» фантазию, свидетельствующую о том, что «эзотерики» не понимают, в чём, собственно, состоит проблема измерения.

Мы отводим обсуждению этого вопроса целую главу. Пока же отметим, что споры на эту тему ведутся тысячелетиями. Древнейшие духовные и метафизические традиции веками утверждали то, что заново сформулировал Амит Госвами: «Сознание — основа всего сущего». Фотоны и нейтроны участвуют в этих дебатах сравнительно недавно. И их появление на скамье свидетелей стало воистину примечательным событием.

Насколько я понимаю, теория неореалистов гласит: «Мы знаем, что квантовая теория неверна, поскольку мы не понимаем её парадоксов, а мы правы, поскольку мы мыслим, руководствуясь здравым смыслом. У нас нет сомнений, что рано или поздно будут обретены новые знания (обнаружена скрытая переменная), которые подтвердят нашу правоту.

Это напоминает утверждение: «Мы знаем, что Элвис жив; просто его пока не нашли».

Когда мы постигаем роль наблюдателя, нам остаётся только склониться перед превосходящим нас разумом, облекающим эту энергию в формы реальности, которым ещё только предстоит присниться нам в этой жизни. Пока мы ощущаем это как хаос, но нет ни малейших сомнений, что в нём есть порядок. Он выше нас. Он глубже.

— Рамта

Целостность

Ученик Эйнштейна Дэвид Бом утверждал: квантовая механика указывает, что реальность представляет собой неделимое целое, где всё взаимосвязано на глубинном уровне, за пределами обычных границ во времени и пространстве. Он выдвинул идею существования некоего «скрытою порядка» (implicate order), из которого рождается некий «явный порядок» (explicate order) (скрытая, нерегистрируемая физическая Вселенная). Именно сворачивание и разворачивание этих порядков порождает разнообразие явлений квантового мира. Из бомовского видения природы реальности родилась «голографическая теория Вселенной». Эту теорию Карл Прибрам и другие учёные использовали для описания мозга и восприятия. В своей недавней беседе с Эдгаром Митчеллом Прибрам высказал мнение, что копенгагенская интерпретация неверна, а квантовая голография представляет собой намного более точную модель реальности.

И ещё есть я...

До сих пор мы говорили главным образом о физической концепции наблюдателя. Но слово «наблюдатель» также может обозначать наиболее интимное ощущение каждого из нас относительно собственного «я». У нас есть ощущение, что где-то внутри сидит «наблюдатель», непрестанно глядящий на мир. Иногда его описывают как «тихий внутренний голос»: во многих духовных учениях и практиках слово «наблюдатель» означает невыразимое сокровенное «я», или внутреннюю природу, которая посредством наблюдения влияет на внешнее эго .

Дзэнскую практику (постоянно присутствовать в текущем моменте и не позволять себе отвлекаться на внешнюю деятельность) тоже можно описать как состояние наблюдателя.

Не удивительно, что стремление связать этого субъективного наблюдателя с научным термином «наблюдатель» оказывается столь сильным — особенно когда возникает впечатление, что учёные говорят именно об этом. Субъект и объект тесно взаимосвязаны. Но если наш внутренний наблюдатель ощущается как нечто пассивное, учёные утверждают, что наблюдение активно. Наблюдение влечёт за собой определённые физические эффекты.

И независимо от того, является ли сознание единственным действующим фактором, уже сам по себе тот факт, что любое измерение изменяет физическую систему, — откровение. Получается, что мы не можем извлечь никакую информацию из системы, не изменив физические свойства этой системы.

Насколько сильно наблюдатель влияет на объект наблюдения?

Хороший вопрос! Вот что говорит Фред Алан Вольф:

Вы не изменяете внешнюю реальность. Вы не изменяете стулья, грузовики, бульдозеры и взлетающие с космодрома ракеты, — не изменяете вы их! Нет! Но вы изменяете собственное восприятие вещей или, возможно, собственные мысли о вещах, собственное ощущение вещей, собственное ощущение мира.

Но почему мы не изменяем грузовики, и бульдозеры, и экологическое положение? Как говорит доктор Джо Диспенза: «Потому что мы утратили силу наблюдения». Он полагает, что идея квантовой физики очень проста: наблюдение оказывает непосредственное воздействие на наблюдаемый мир. Это может побудить людей к тому, чтобы постараться стать более хорошими наблюдателями. Далее Джо говорит:

Субатомный мир реагирует на наблюдение с нашей стороны, но средний человек удерживает своё внимание на чём-то одном не более 6-10 секунд... (Что это за бред? — H.B.) Как же огромный мир может отреагировать на усилия того, кто не способен даже сосредоточиться? Возможно, мы просто плохие наблюдатели. Возможно, мы просто не овладели искусством наблюдения, ведь скорее всего это — именно искусство...

Нам бы нужно ежедневно хоть немного сидеть и просто наблюдать, обдумывать новые возможности будущего для себя. Если мы будем делать это как следует, если будем наблюдать должным образом, то вскоре заметим, что в нашей жизни реализуются новые возможности.

Мы обнаружили что там, где наука продвинулась дальше всего, разум получит от природы то, что сам же в неё вложил. Мы нашли странные отпечатки следов на берегах неведомого. Мы разработали ряд глубоких теорий, чтобы объяснить их происхождение. Наконец нам удалось реконструировать то существо, которое их оставило. И — надо же! Это наши следы.

— Сэр Артур Эддингтон

Мне всегда казалось, что я довольно хладнокровна. Казалось, я полностью контролирую свои эмоции, реакции на людей, места, вещи, время и события. Затем, послушав Фреда Алана Вольфа, Джона Хагелина н других интервьюируемых, я осознала, что представляю собой не более, чем мячик» отскакивающий от стен жизни. Я просто удивляюсь, что до сих пор не разбила себе голову! Когда я начала более внимательно наблюдать, что происходит у меня «внутри», и использовать это для изменения своего восприятия «внешних» событий, моя жизнь наполнилась новыми возможностями. Я сделала и увидела вещи, которые никогда и не надеялась увидеть и сделать, время течёт для меня гораздо медленнее, и благодаря этому я успеваю наблюдать и выбирать — вместо того, чтобы реагировать и сожалеть.

— Бетси

Изменить свою повседневную реальность

А теперь перейдём с субатомною уровня на уровень человеческий и спросим: что такое наблюдение? Для людей дверь к наблюдению — восприятие. Ваше восприятие. А вы помните из предыдущих глав, насколько это сомнительный процесс? («Свет мой зеркальце, скажи кто... на свете всех милее?») Говорит Амит Госвами:

Любое наблюдение может восприниматься как квантовое измерение, поскольку, как и в результате квантового измерения, мы получаем информацию, которая откладывается в мозгу в виде воспоминаний. Эти воспоминания в мозгу активизируются всякий раз, когда мы ощущаем повторный стимул. Повторный стимул всегда вызывает не только самое первое впечатление, но и всю цепочку вторичных отпечатков в памяти.

Мы всегда воспринимаем что-то лишь после того, как это отразится в зеркале памяти. Именно это отражение в зеркале памяти даёт нам ощущение того, кто и что такое «я» — конструкция из привычек, из воспоминаний, из прошлого.

Стоит ли удивляться, что такие системы, как «Курс чудес», подчёркивают важность прощения как важного фактора, помогающего изменить настоящее? А вспомните учение Христа: сколько внимания он уделял прощению. А как он сказал о восприятии: «И что ты смотришь на сучок в глазе брата твоего, а бревна в твоём глазе не чувствуешь?». И о высшем наблюдении: «Возлюби ближнего твоего, как самого себя».

Нас всех интересует, как можно изменять свою повседневную реальность. Если реальность — лишь реакция на вопросы, т.е., настрой разума, и каждый ответ находится в конце длинной цепочки воспоминаний, ощущений и наблюдений, то нас уже интересует не столько вопрос, как изменять реальность, сколько, почему мы сохраняем эту реальность одной и той же. В ответе на этот вопрос — ключ к переменам.

Проблема измерения является проблемой лишь потому, что она подчёркивает наше представление о том, что мы находимся вне наблюдаемого. Но даже простейший измерительный прибор взаимодействует с измеряемой системой и изменяет её. В наблюдаемой реальности присутствует текучесть, которая, казалось бы, противоречит миру гарантированного утреннего кофе и безотказно взлетающих ракет. И всё же это — фундаментальная черта взаимодействия аспектов реальности.

Ключевое слово здесь — «взаимодействие». Или мы могли бы сказать — соединение, или сплетение, или присутствие в одном волновом уравнении. Эта идея об изначальной неделимости всех вещей то и дело высказывается поборниками квантовой теории.

И кто мы такие, чтобы спорить с мириадами электронов?

«Кто тут взглядом сквозь ресницы может схлопывать частицы?» Не кто — что . Всё!

Но остаётся ещё вопрос: это может только кто-то и что-то или также никто и ничто — разум, дух, сознание? И если да, то не являются ли они столь же реальными, как объекты, которые схлопываются? В мире иллюзий разделение на «что-то» и «ничто» может оказаться именно тон иллюзией, на которой держатся все остальные.

«С точки зрения квантовой механики Вселенная исключительно интерактивна», — пишет учёный Дэн Уинтерс в статье с очень провокационным названием «Существует ли вселенная, когда мы на неё не смотрим?» В этой статье он излагает идею «творения через наблюдение», сформулированную физиком из Принстонского университета Джоном Уилером. Уилер (коллега Альберта Эйнатейна и Нильса Бора, в также создатель термина «чёрная дыра») говорил: «Мы не просто зрители перед космической сценой. Мы творцы и обитатели интерактивной Вселенной»

Подумайте об этом...

— Можете ли вы идентифицировать себя как наблюдателя, если вы — наблюдатель?

— Кто или что такое «я»?

— Кто или что такое наблюдатель?

— Являетесь ли вы отделённой от мира сущностью?

— Можете ли вы наблюдать внутри себя что-то помимо «я»?

— Ели вы можете стать наблюдателем по отношению к своему «я», как это изменит ваше восприятие реальности?

— Если для создания реальности нужен наблюдатель, насколько сосредоточенным наблюдателем являетесь вы? Какую реальность вы создаёте в своём нынешнем состоянии наблюдения?

— Как долго вы способны удерживать какую-либо мысль?

— Существует ли реальность, когда вы её не наблюдаете?

— Если для схлопывания реальности требуется наблюдатель, что поддерживает целостность нашего тела, пока вы спите?

— Кто или что тогда является наблюдателем?

Именно этот постулат был экспериментально доказан физиками во многих лабораториях мира, как бы странно это не звучало. Возможно, сейчас это звучит необычно, но квантовая физика начала доказывать правоту седой древности: «Твоя жизнь там, где твоё внимание». В частности, что человек своим вниманием влияет на окружающий материальный мир, предопределяет реальность, которую и воспринимает.

С самого своего зарождения квантовая физика начала кардинально менять представление о микромире и о человеке, начиная со второй половины XIX века, с утверждения Уильяма Гамильтона о волнообразной природе света, и продолжая передовыми открытиями современных ученых. Квантовая физика уже сейчас имеет множество доказательств того, что микромир «живет» по совершенно иным законам физики, что свойства нано частиц отличаются от привычного человеку мира, что элементарные частицы по-особенному взаимодействуют с ним.
В середине 20-го века Клаус Йенсон в ходе экспериментов получил интересный результат: во время физических опытов субатомные частицы и фотоны точно реагировали на внимание человека, что приводило к разному конечному результату. То есть, нано частицы реагировали на то, на что исследователи фокусировали в тот момент своё внимание. Каждый раз данный эксперимент, который уже успел стать классическим, удивляет учёных. Его повторяли много раз во многих лабораториях мира, и каждый раз результаты этого эксперимента идентичны, что подтверждает его научную ценность и достоверность.
Так, для этого опыта готовят источник света и экран (непроницаемая для фотонов пластинка), у которого есть две щели. Устройство, в качестве которого и выступает источник света, однократными импульсами «выстреливает» фотонами.

Фото 1.
Перед специальной фотобумагой разместили особый экран с двумя щелями. Как и предполагалось, на фотобумаге проявились две вертикальные полоски - следы фотонов, которые засветили бумагу, проходя сквозь эти щели. Естественно, за ходом эксперимента велось наблюдение.

Фото 2.
Когда же исследователь включил прибор, а сам на время отлучился, вернувшись в лабораторию, был несказанно удивлён: на фотобумаге фотоны оставили совершенно другое изображение - вместо двух вертикальных полосок - множество.

Фото 3.
Как такое могло произойти? Оставленные на бумаге следы были характерны волне, которая проходила сквозь щели. Иными словами, наблюдалась интерференционная картина.

Фото 4.
Простой эксперимент с фотонами показал, что при факте наблюдения (в присутствии прибора-детектора, или наблюдателя) волна переходит в состояние частицы и ведёт себя как частица, но, при отсутствии наблюдателя, ведёт себя как волна. Выяснилось, что если не вести наблюдения в данном эксперименте, фотобумага проявляет следы волн, то есть, видна интерференционная картина. Такой физический феномен стали называть «Эффект Наблюдателя».

Эксперимент с частицами, который описан выше, так же применим к вопросу «А есть ли Бог?». Потому как, если при зорком внимании Наблюдателя то, что имеет волновую природу может пребывать в состоянии материи, реагируя и меняя свои свойства, то кто внимательно наблюдает за всей Вселенной? Кто удерживает в стабильном состоянии всю материю своим вниманием?Как только у личности в её восприятии появляется допущение того, что она может жить в качественно другом мире (например, в мире Бога), только тогда она, личность, и начинает изменять свой вектор развития в эту сторону, и шансы пережить данный опыт многократно увеличиваются. То есть, достаточно просто допустить возможность такой реальности для себя. Следовательно, как только человек принимает возможность приобретения такого опыта, он действительно начинает его приобретать. Этому есть подтверждение и в книге «АллатРа» Анастасии Новых:

«Всё зависит от самого Наблюдателя: если личность воспринимает себя частичкой (материальным объектом, живущим по законам материального мира), она будет видеть и воспринимать мир материи; если же личность воспринимает себя волной (чувственные переживания, расширенное состояние сознания), то она воспринимает мир Бога и начинает его понимать, жить им.»
В вышеописанном опыте наблюдатель неминуемо влияет на ход и результаты эксперимента. То есть, вырисовывается очень важный принцип: невозможно наблюдать за системой, измерить и проанализировать её, не взаимодействуя с ней. Где есть взаимодействие, там есть изменение свойств.
Мудрецы говорят, что Бог - везде. Не подтверждают ли наблюдения за нано частицами это утверждение? Не являются ли данные эксперименты подтверждением того, что вся материальная Вселенная так же взаимодействует с Ним, как, к примеру, Наблюдатель взаимодействует с фотонами? Не показывает ли этот опыт, что всё, куда направлено внимание Наблюдателя, пронизано самим ним? Ведь, с точки зрения квантовой физики и принципа «Эффекта Наблюдателя», это неизбежно, так как во время взаимодействия квантовая система теряет свои изначальные черты, изменяясь под влиянием более крупной системы. То есть, обе системы взаимно обмениваясь в энерго-информационном плане, видоизменяют друг-друга.

Если развить этот вопрос дальше, то получается Наблюдатель предопределяет реальность, в которой потом и живёт. Это проявляется как следствие его выбора. В квантовой физике есть понятие множественности реальностей, когда перед Наблюдателем находятся тысячи возможных реальностей, пока он не сделает свой окончательный выбор, тем самым выбирая лишь одну из реальностей. И когда он сам для себя выбирает свою собственную реальность, он сосредотачивается на ней, и она проявляется для него (или он для неё?).
И опять же, принимая во внимание тот факт, что человек живёт в той реальности, которую сам же и поддерживает своим вниманием, то приходим к тому же вопросу: если вся материя во Вселенной держится на внимании, то Кто держит саму Вселенную своим вниманием? Не доказывает ли этот постулат существование Бога, Того, Кто может созерцать всю картину целиком?

Разве это не свидетельствует о том, что наш разум напрямую вовлечён в работу материального мира? Вольфган Паули, один из основателей квантовой механики, как-то сказал: «Законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие ». Можно с уверенностью сказать, что господин Паули был прав. Это уже очень близко к всемирному признанию: материальный мир - суть иллюзорное отображение нашего разума, и то, что мы видим зрением, на самом деле реальностью не является. Тогда что такое реальность? Где она находится, и как ее узнать?
Всё больше и больше учёные склоняются к мнению, что и мышление человека точно так же подчиняется процессам пресловутых квантовых эффектов. Жить в иллюзии, нарисованной разумом, или открыть для себя реальность — это каждый для себя выбирает сам. Мы лишь можем вам порекомендовать ознакомиться с книгой АллатРа, которую цитировали выше. Эта книга не только научно доказывает существование Бога, но и подробно дает пояснения всех существующих реальностей, измерений, и даже раскрывает структуру энергетической конструкции человека. Скачать эту книгу вы можете совершенно бесплатно с нашего сайта, кликнув по цитате ниже, или перейдя в соответствующий раздел сайта.

Согласно точке зрения материалистов, все процессы, происходящие в мире, соединены причинно-следственными связями. Подобная гипотеза носит название "детерминированность" (тотальная предопределённость) и полностью исключает случайные явления. Например, когда взрывается граната, её осколки случайным образом разлетаются в разные стороны, но материалисты утверждают, что разлёт осколков не случаен, а определяется внутренними микротрещинами в металле, дислокациями и прочими вполне реальными факторами. И если бы был создан бесконечно мощный компьютер, то он смог бы рассчитать перемещение любой элементарной частицы от момента возникновения Вселенной до её нынешнего положения, например, в молекуле какого-нибудь белка.

Эта гипотеза серьёзно пошатнулась в 1927 году, когда физик Вернер Гейзенберг открыл Принцип Неопределённости. Оказалось, что существует предел точности, с которым возможно рассчитать все параметры микрочастиц. В частности, чем точнее определяются координаты частицы в пространстве, тем более неточна её скорость и направление движения, и наоборот. Характеристики частиц, связанные между собой соотношением неопределённости, называются "некоммутирующими" (то есть взаимозависимыми). В то же время все характеристики частиц являются случайными величинами и подчиняются математическим принципам случайного распределения. Например, если направить луч света на узкую щель, свет подвергнется дифракции, и позади щели на экране появится интерференционная картина, но невозможно рассчитать, куда именно попадёт какой из фотонов. Это напоминает, как если просыпать кучу песка через несколько последовательных сит: на дне всегда получится Гауссово распределение песчинок, но невозможно рассчитать, куда именно упадёт какая из них.

Последние научные данные говорят о том, что все явления и процессы не только "микро", но и "макро"-мира имеют свою вероятность. Даже простое линейное перемещение предмета со скоростью V из точки А в точку Б, расстояние между которыми равно S, может не всегда описываться формулой S=Vt. Грубо говоря, формула S=Vt описывает случай, когда вероятность перемещения предмета из А в Б равна 100%, и не учитывает фактор случайности. В каком же случае эта вероятность может не быть равной 100%, и объект не окажется спустя время t в точке Б? Чтобы понять это, необходимо сформулировать понятие Наблюдателя и осознать, какие из параметров, описывающих движение предмета из А в Б, являются некоммутирующими.

В древности понятию Наблюдателя уделялось намного большее внимание, чем в современной науке. В научных трактатах индусов имеется следующее утверждение: "Для того, чтобы какое-либо из событий произошло, требуется пять компонентов: Время, Место, Объект, Субъект и Воля Бога" . Античные учёные изначально вводили понятие Наблюдателя (Субъекта) и даже понятие "Воли Бога" во все свои научные изыскания. Они были убеждены, что Субъект, наблюдающий эксперимент, способен оказывать влияние на его результат через влияние на вероятностные параметры процесса. В настоящее время такое влияние было неоднократно научно подтверждено. В одном из экспериментов группу людей сажали перед генератором случайных чисел, выдававшим на экран нули и единицы, и просили их мысленно заставить генератор выдавать больше нулей или единиц, и это получалось! В другом эксперименте группу людей просили мысленно влиять на то, каким числом вверх упадёт подброшенный игральный кубик. Если все участники эксперимента мысленно желали, чтобы кубик показал число "6", вероятность этого события возрастала с 17% (1:6) до 25% (1:4)! В третьем эксперименте испытуемым предлагали заставить подброшенную монетку упасть вверх "орлом" либо "решкой", и это у них также получалось.

Учёные давно уже спорят о "влиянии личности на результаты эксперимента". Это влияние тем более заметно, чем больше вероятностных параметров имеет изучаемый процесс. Если сознание Наблюдателя оказывает более чем 30%-ое влияние на ход эксперимента, то его будет непросто повторить другой группе исследователей. А поскольку "повторяемость" результатов опыта является одним из ключевых условий современного научного подхода, большинство теорий, основывающихся на подобных экспериментах, до сих пор считаются непризнанными или недоказанными.

Один из примеров этого - гомеопатия. Сторонники гомеопатии утверждают, что вода и природные кристаллы обладают способностью запоминать свойства веществ, с которыми они соприкоснулись. Если растворить в воде какое-либо лекарство, между молекулами воды возникнут информационные связи, в которых будет зашифрована информация об этом лекарстве. И даже если довести концентрацию лекарства в воде до нуля, вода будет продолжать сохранять лечебные свойства, присущие этому лекарству. В 1983 году французский врач Жак Бенвенист провёл серию фармакологических экспериментов, которые подтвердили существование "памяти воды". Однако, когда его опыты были в точности повторены в одном из американских исследовательских центров, результат был отрицательный. В течение последующих 15 лет опыты были многократно перепроверены в различных лабораториях по всему миру; иногда эффект явно присутствовал, иногда напрочь отсутствовал. Последнюю точку в спорах о наличии у воды памяти поставило в 2000 году Министерство Обороны США, которое опубликовало в своём итоговом докладе следующее заключение: "Положительный эффект достигается только в том случае, если в эксперименте участвует хотя бы один человек, который желает, чтобы эффект присутствовал (например, человек из лаборатории Бенвениста)". Так гомеопатия стала первой из областей знаний, для которой было научно подтверждено влияние личности на результат эксперимента.

В 1997 году японский исследователь Масару Эмото экспериментально доказал, что молекулы воды действительно обладают способностью объединяться в кластеры. Чтобы выяснить, способны ли эти кластеры хранить информацию, Масару Эмото использовал простой метод: после передачи информации воде он замораживал её в криогенной камере, а затем рассматривал под микроскопом получившиеся кристаллы. По мнению учёного, созидательная информация порождает симметричные снежинки, а негативная - хаотичные и бесформенные. Как вариант, Масару Эмото "проигрывал" воде различные музыкальные произведения, и после заморозки из воды, которая "слушала" классику или красивые поп-композиции, вырастали красивые и гармоничные снежинки, а из воды, которой ставили тяжёлый рок или другую негативную музыку, получались уродливые снежинки с рваными краями. Опыты Масару Эмото были повторены множеством исследователей по всему миру, и опять-таки, некоторые получали положительные результаты, а у других результат был нулевым. Использование так называемого "двойного слепого метода" позволило установить, что если ещё до заморозки наблюдатели знают, какому именно из образцов воды давали созидательную информацию, то из этого образца после заморозки вырастают гармоничные кристаллы, и наоборот. Это опять-таки свидетельствует о влиянии личности на результат, а также о том, что у воды имеются механизмы запомнить подобное влияние.

В настоящее время официальная наука считает псевдонаучными такие направления как Акупунктура, Эффект Полостных Структур, Волновая Генетика, Теория Торсионных Полей и многие другие. Основная причина этого в том, что результаты, полученные авторами этих теорий, должны быть обязательно и закономерно воспроизводимы в любых других научных лабораториях, чего стабильно не наблюдается. Но, может быть, в этом и содержится главная ошибка материалистов? Может быть, стоит принять как факт, что для повторения эффекта необходимо не только то или иное научное оборудование, но и присутствие соответствующего Наблюдателя? Повторим ещё раз формулу древних: "Для того, чтобы какое-либо из событий произошло, требуется пять компонентов: Время, Место, Объект, Субъект и Воля Бога". Под "Волей Бога" можно понимать наличие в эксперименте вероятностных факторов, которые Субъект мог бы обратить в свою пользу. А сам Субъект должен уметь управлять этими факторами с помощью своего сознания.

А.И. Липкин

Московский физико-технический институт (государственный университет), Москва

"В действительности всякий философ имеет свое домашнее естествознание, и всякий естествоиспытатель - свою домашнюю философию. Но эти домашние науки бывают в большинстве случаев несколько устаревшими, отсталыми" [Э. Мах , Познание и заблуждение. М., 2003, с. 38]

Рассматриваются физические и философские основания "проблемы" "редукции волновой функции". Показывается, что основания проблемы являются философскими, а не физическими, и решение этой проблемы лежит на пути правильной постановки вопроса и учете теоретико-операциональной гетерогенности структуры физики, а не во введении сознания в основания квантовой механики.

1. Введение

В была приведена "теорфизическая" формулировка созданной в 1925–1927 гг. квантовой механики, содержащая четкое изложение лежащих в ее основе принципов (постулатов), содержащихся в работах Шредингера, Борна, Гейзенберга и Бора, (по сути столь же четких, что и в теории относительности) . В классификации К. Поппера она отвечает "третьей" (после "копенгагенской" (Бор, Борн, Гейзенберг и др.) и "антикопенгагенской" (Эйнштейн, де Бройль, Шредингер и др.) "интерпретации" (точнее "парадигмы" ) квантовой механики, той, которой пользуются работающие в квантовой механике физики. Главным из этих принципов-постулатов является утверждение, что 1) в квантовой механике состояние физической системы определяется не значениями, а распределениями вероятности значений соответствующих измеримых величин (это естественное обобщение понятия состояния в физике); из этого следует, что 2)одно измерение ничего не говорит о состоянии системы, и чтобы определить распределение вероятности путем измерения, требуется достаточно длинная серия измерений , 3) а путем вычисления это можно сделать с помощью "вероятностной интерпретации волновой функции" (обычно с именем М. Борна связывают лишь последнее, но оно подразумевает и первые два, поэтому я объединяю все три под именем "постулаты М.Борна");. Это широко распространенное среди физиков представление (во всяком случае я его усвоил, обучаясь в Московском физико-техническом институте), которое в силу некоторой исторической традиции выпадает из философского обсуждения проблем квантовой механики. "Теорфизическая " "интерпретация" принимает положения "копенгагенской интерпретации" о полноте квантовой механики и о вероятностном типе описания , применяемом к индивидуальным квантовым объектам, но утверждает, что состояние квантовой системы существует независимо от того, измеряется оно или нет . В этой формулировке отсутствуют "парадоксы" и нет явления "редукции (коллапса) волновой функции" .

Однако существует широко распространенная (в том числе и среди физиков) традиция философского обсуждения проблем квантовой механики, где обсуждаются и "парадоксы" ("кота Шредитнгера" и др.) и проблема "редукции (коллапса) волновой функции" и, стремясь их решить, доходят до утверждения о включении сознания в формализм квантовой механики . Так известный физик В. Гайтлер, следуя положениям "копенгагенской" интерпретации, приходит к заключению, что "появляется наблюдатель как необходимая часть всей структуры, причем наблюдатель со всей полнотой своих возможностей сознательного существа". Он утверждает, что в связи с возникновением квантовой механики "нельзя более поддерживать разделение мира на "объективную реальность вне нас" и "нас", сознающих себя сторонних наблюдателей. Субъект и объект становятся неотделимы друг от друга". Поппер полагает, что Гайтлер здесь дает "четкую формулировку доктрины включения субъекта в физический объект, доктрина, которая в той или иной форме присутствует у Гейзенберга в "физических принципах квантовой теории" и во многих других..." [цит. по 20, с. 74]. Поэтому стоит особо рассмотреть основания всех этих утверждений, которые, к тому же, на поверку оказываются не физическими, а философскими (мировоззренческими) .

2. Формулировка "проблемы редукции (коллапса) волновой функции"

Для удобства анализа разобьем формулировку проблемы "редукции (коллапса) волновой функции" на следующие утверждения:

утверждение 1: измерение есть явление, которое должно описываться квантовой теорией;

утверждение 2: на языке квантовой теории это явление описывается как мгновенное изменение волновой функции системы, от Y=S k c k |b k > (в общем виде, в дираковских обозначениях, где |b k > - собственная функция для оператора измеряемой величины b ) к |b 1 ñ с вероятностью |c 1 | 2 (в соответствии с правилами Борна); этот скачок и называется "редукцией (или коллапсом) волновой функции ";

утверждение 3: такой переход не описывается уравнением Шредингера и поэтому оказывается "незаконным " с точки зрения уравнений стандартной квантовой механики. Выводимая из последнего утверждения (опирающегося на два первых) неполнота современной квантовой механики и необходимость дополнительного развития ее оснований и составляет суть того, что со времен фон Неймана имеют в виду под "проблемой редукции (коллапса) волновой функции".

Из попытки решения этой проблемы, путем расширения "копенгагенской интерпретации" вырастает особое направление в философии квантовой механики (на стыке "копенгагенской" ("боровской") и "антикопенгагенской" ("эйнштейновской") "интерпретаций" квантовой механики). Разделяя основные тезисы копенгагенцев о вероятностном описании и о том, что акт измерения порождает состояние, Фон Нейман показывает, что последний из них приводит к новой проблеме, добавляя тем самым еще один классический "парадокс" в копилку антикопенгагенцев, в поддержку их тезиса о неполноте (неокончательности) современной квантовой механики. Для решения этой проблемы в 1930-х гг. у самого фон Неймана (в его классической книге ) предлагается введение в формулировку квантовой механики наблюдателя, а во второй половине XX в. – сознания и такой экзотики как многомировая интерпретация Эверетта – Уиллера – ДеВитта.

В последней предполагается, что каждая компонента в суперпозиции |Y>=S k c k |b k > "соответствует отдельному миру. В каждом мире существует своя квантовая система и свой наблюдатель, причем состояние системы и состояние наблюдателя скоррелированы. Процесс же измерения можно назвать… процессом "расщепления" миров. В каждом из параллельных миров измеримая величина b имеет определенное значение b i , и именно это значение и видит наблюдатель, "поселяющийся в этом мире"" . Согласно М.Б. Менскому в этой интерпретации считается, что «различные члены суперпозиции соответствуют различным классическим реальностям, или классическим мирам… Сознание наблюдателя расслаивается, разделяется, в соответствии с тем, как квантовый мир расслаивается на множество альтернативных классических миров" . При этом "никакой редукции при измерении не происходит, а различные компоненты суперпозиции соответствуют различным классическим мирам, одинаково реальным. Любой наблюдатель тоже оказывается в состоянии суперпозиции, т.е. его сознание “расщепляется” ("возникает “квантовое расщепление ” наблюдателя"), в каждом из миров оказывается “двойник”, сознающий то, что происходит в этом мире" ("для наглядности можно считать, что каждый наблюдатель “расщепляется” на множество наблюдателей-двойников, по одному для каждого из эвереттовских миров") (такое расщепление сознания очень напоминает то, что в психиатрии называется шизофренией (греч. schizo – разделяю)) . К этому М.Б. Менский добавляет утверждение "что селекция альтернативы должна быть осуществлена сознанием" . М.Б. Менский и др. полагают, что путь через такую интерпретацию и сознание – единственная альтернатива явлению "редукции волновой функции". Но так ли это?

В предисловии к статье М.Б. Менского "Концепция сознания в контексте квантовой механики" В.Л. Гинзбург пишет: "Не понимаю, почему так называемая редукция волновой функции как-то связана с сознанием наблюдателя. Например, в известном дифракционном опыте электрон проходит через щели и затем на экране (фотопластинке) появляется "точка", т.е. становится известно, куда попал электрон… Разумеется точки на экране наблюдатель увидит и на следующий день после осуществления опыта, и при чем здесь какая-то особая роль его сознания, мне непонятно" . Это – нормальная физическая позиция, идущая от Галилея и Ньютона: физик имеет дело с объектами и операциями (измерения состояний, приготовления системы), которые оторваны от конкретного "наблюдателя" и его (или их) сознания, т.е. объективированы. Эти операции четко описываются и не важно, кто их будет выполнять Петров, Иванов или автомат. Если полагается, что это не так – это уже не физика, а что-то иное.

На каком же основании некоторые физики пытаются ввести сознание в основания физики? Таким основанием служит притча о том, что в квантовой механике существует проблема измерения, ведущая к парадоксам "редукции (коллапса) волновой функции. При этом утверждается 1) существование этой проблемы, 2) необходимость для ее решения введения наблюдателя или сознания в квантовую механику (что такое сознание – никто толком не знает, но именно поэтому на него можно свалить все). Притчу эту рассказывают видные физики. Однако, "аргумент от авторитета" уже в средние века считался слабейшим, а А.Эйнштейн предупреждал: "Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах, которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их действия..." ("О методе теоретической физики" (1933)).

В связи с этим проанализируем эту проблему более основательно. Для этого продолжим описание В.Л.Гинзбурга: "Если описывать состояние электрона после его взаимодействия с атомами в фотопластинке с помощью волновой функции, – говорит он, – то эта функция будет, очевидно отлична от первоначальной и, скажем, локализована в "точке" на экране. Это и называют обычно редукцией волновой функции" .

В этом "очевидно " и состоит корень всей проблемы. Это "очевидно" лежит в основании исходной формулировки проблем "редукции (коллапса) волновой функции" и "квантового измерения" в . Поэтому остановимся на этом "очевидно" и проанализируем, что же за ним стоит. Что "очевидно"? Очевидно, что измерение – это взаимодействие, это явление, которое можно теоретически описать, причем все без остатка . То есть очевидно «утверждение 1» (из приведенных выше трех утверждений). Но так ли это? “Появилась точка” и “произошел ”коллапс волновой функции” – не равнозначные утверждения. Первое – экспериментальный факт, второе – лишь возможная интерпретация этого факта. Поскольку последняя носит во многом не физический, а философский (натурфилософский) характер, и касается оснований физики, то надо эти основания и анализировать. Мне кажется, что многое объяснит небольшой экскурс в историю.

3. Структура эксперимента и механицистская редукция

Современная физика родилась в 17 в., ее истоками служат теория падения тела Галилея и динамика (механика) Ньютона. В первой было заложено фундаментальное отличие новой физики от умозрительной натурфилософии . Суть этого различия состояла в требовании материализации умозрительных построений с помощью операций приготовления (<П|) физической системы (например, гладкой наклонной плоскости, шарика, его помещения на определенной высоте) и измерения (|И>) соответствующих величин (времени, расстояния, скорости), которые предполагают наличие эталонов и операций сравнения с эталоном. Эти операции были заимствованы из техники . В результате возникает гетерогенная "теоретико-операциональная " структура физического эксперимента (приводимая Фоком в контексте спора с Бором) , выражающая важнейшие черты "научной революции XVII века":

<П| X(T) |И>. (1)

Здесь средняя часть отвечает теоретической модели явления (объекта или процесса) или самому явлению, если модели нет, и идет чисто экспериментальное исследование (которое нас пока интересовать не будет). При этом очень важны два момента: 1) именно операционные части <П| и |И> отличают физику от умозрительной натурфилософии ; 2) эти операции – особый материал, это технические операции, а не явления природы .

Так в Древней Греции науке о природе соответствовала натурфилософия (например, атомизм Демокрита), строящая онтологические модели «первой природы», и примыкавшая к ней физика Аристотеля, определенная им как наука о движении. При этом философия, натурфилософия и физика Аристотеля не имели ничего общего с техникой (механикой машин), с помощью которых мастеру удавалось перехитрить природу. Техника – это «вторая природа», предполагающая существование «первой природы» , являющейся предметом натурфилософии. Со времен Древней Греции до Нового времени господствовали представления, что «область механики – область технической деятельности , тех процессов, которые не протекают в природе как таковой без участия и вмешательства человека . Предмет механики – явления, происходящие «вопреки природе», т.е. вопреки течению физических процессов, на основе «искусства» (tecnh) или «ухищрения» (mhcanh)… «Механические» проблемы… представляют самостоятельную область, а именно – область операций с инструментами и машинами , область «искусства»… Под механикой понимается некое «искусство», искусство делать орудия и приспособления, помогающие одолеть природу…» . В XVII в. рассматриваемые две линии двигались раздельно. Математизированная натурфилософия (характеризовавшаяся метафорой "книги Природы, написанной на языке математики") искала законы естественного движения – «законы природы», не зависящие от деятельности человека . Не случайно знаменитый труд Ньютона называется «Математические начала натуральной философии», а не "механика", как это раздел физики стали называть позже. Машины же создавались искусством инженеров-механиков (порой с использованием механики-физики, как это было у Гюйгенса при расчете механизма часов), суть машины определялась людьми и сводилась к определенным функциям. Действия людей противопоставлялись природным явлениям , это были две разные области – области «второй» и «первой» природы .

У Галилея эти две линии пересекаются и порождают физический эксперимент и новую естественную науку – физику , которая в развитом виде представлена в "Математических началах натуральной философии" Ньютона. В этой новой физике используются операции приготовления и измерения относящиеся ко "второй" природе. Т.е. в структуре (1) средний член – принадлежащее "первой" природе явление, составляющее предмет исследования с помощью физических (естественнонаучных) понятийных средств, а крайние члены – принадлежащие "второй" природе технические средства. Важнейшим моментом структуры (1), образующей новое целое, является то, что эти крайние члены – не явления, а операции , действия человека, причем любого человека или даже автомата. Т.о. структура (1) включает кроме эмпирического явления и его теории еще и операции приготовления (<П|) и измерения (|И>), которые заимствованы из техники и имеют другую («вторую») природу.

Однако в начале XIX в. П. Лаплас порождает натурфилософию нового типа , в которой использует, вроде бы, понятия механики Ньютона, но без крайних операциональных частей. В результате чего по внешнему впечатлению они вытекают из физики, а по сути – типичные чисто умозрительные натурфилософские понятия. Эта натурфилософия стала называться механицизмом. Этот механицизм имеет несколько аспектов. Во-первых, это всеобщий детерминизм, отрицающий свободную волю: "Всякое имеющее место явление связано с предшествующим… мы должны рассматривать настоящее состояние вселенной как следствие ее предшествующего состояния и как причину последующего". "Воля, самая свободная, не может породить эти действия без побуждающей причины" (по сути здесь все живое сводится к сложной машине, предполагающей в качестве источника активности некую внешнюю силу). Во-вторых, - отрицание случайности – случайность есть "лишь проявление неведения, истинная причина которого – мы сами" .

Но самая главная для нас черта механицизма – редукционизм , сведение всего к механике (в XIX в. – классической). Суть этого редукционизма, и одновременно отношение к этому физиков очень ярко выразил видный физик и философ конца XIX в. Э.Мах: "Как бы вдохновенным тостом, посвященным научной работе XVIII ст., – говорит он – звучат часто цитируемые слова великого Лапласа: "Интеллект, которому были бы даны на мгновение все силы природы и взаимное положение всех масс и который был бы достаточно силен для того, чтобы подвергнуть эти данные анализу, мог бы в одной формуле представить движения величайших масс и мельчайших атомов; ничего не было бы для него неизвестного, его взорам было бы открыто и прошедшее и будущее". Лаплас разумел при этом, как это можно доказать, и атомы мозга ... В целом идеал Лапласа едва ли чужд огромному большинству современных естествоиспытателей..." . Эту лапласовскую редукционистскую логику, основанную на тезисе – все состоит из атомов, атомы подчиняются физическим законам, следовательно, все должно подчиняться физическим законам (для Лапласа – законам динамики и тяготения Ньютона), в ХХ в. на основе законов квантовой механики почти слово в слово воспроизводят Э.Шредингер и многие другие видные физики: "Если квантовая теория способна дать полное описание всего, что может произойти во вселенной, то она должна иметь возможность описать также сам процесс наблюдения через волновые функции измерительной аппаратуры и исследуемой системы. Кроме того, в принципе, квантовая теория должна описать и самого исследователя, наблюдающего явления при помощи соответствующей аппаратуры и изучающего результаты эксперимента... через волновые функции различных атомов, составляющих этого исследователя " . Эта же логика применима и в отношении операций приготовления: все приборы, инструменты и исходные материалы, а также манипулирующий ими человек, состоят из атомов, которые взаимодействуют между собой (все со всем связано), поэтому не бывает замкнутых систем и неоткуда взяться чистым состояниям отдельных микрочастиц, описываемых волновыми функциями.

Итак, в механицизме «вторая» природа растворяется в «первой» и забывается принципиальная разница между техническими операциями, связанными с деятельностью человека и естественными явлениями природы. Лапласовская натурфилософия, которая, по сути, превращала измерение (и приготовление) в явление, разрушая структуру эксперимента (1), не имела серьезных последствий для физики того времени, где по-прежнему царствовала структура (1), и никто всерьез не рассматривал вопрос об описании с помощью уравнений Ньютона операцию измерения длины стержня.

Иная ситуация возникла в квантовой механике XX в. Здесь И. Шредингер (в "кошке Шредингера") и многие другие физики, повторив рассуждение Лапласа (с точностью до замены механики Ньютона на квантовую механику), породили «проблему измерения в квантовой механике» и связанную с этим проблему «редукции (коллапса) волновой функции».

4. Критика постановки проблемы как ключ к ее решению

Все проблемы и парадоксы квантовой механики, включая "редукцию волновой функции", основываются на этой механицистской натурфилософии. Поэтому если ее убрать, то парадоксы рассыпаются, а проблема "редукции волновой функции" превращается в произвольное утверждение. Действительно, физическая суть "теории квантовых измерений" И. фон Неймана состоит в теоретическом рассмотрении составных систем, полученных путем последовательного "откалывания" от прибора частей, и включение их в исследуемую систему, т.е. в центральную часть (сх. 1), что приводит к усложнению теоретической части за счет включения в нее элементов измерительной части . Но эта процедура не приводит к принципиальным трудностям и описывается обычной квантовой механикой. "Редукция волновой функции" приписывается руками как ad hoc гипотеза в конце, на основании лишь механицистской натурфилософии . Если последний аргумент посчитать неосновательным, то сразу становится видна граница между "первой" природой – явлением, и "второй" природой – операциями сравнения с эталоном.

Сравнение с эталоном является операцией, актом деятельности людей, а не естественным природным явлением (в обсуждаемом выше В. Гинзбургом эксперименте можно включить в систему взаимодействие квантовой частицы с атомом фотопластинки, но фиксация положения этого атома фотопластинки производится каким-то прибором типа микрометра, и эта фиксация является операцией, которая не может рассматриваться как естественное явление ). Аналогичным качеством обладают и процедуры приготовления. Это свойство крайних «операциональных» элементов в структурной формуле (1) можно назвать «нетеоретичностью» (но не в позитвистском смысле чистого «эмпирического факта», а в смысле принадлежности техническим операциям). То есть в физике граница проходит между теоретическим описанием и операциями , а не между "наблюдаемым" и "ненаблюдаемым" (электрон – ненаблюдаем, но "приготовляем", его параметры ненаблюдаемы, но измеряемы), и не между микромиром и "классическим языком" (Бор) . Эту принципиальную границу фиксирует и Фон Нейман. Но он ее фиксирует как границу между "наблюдаемым" и "наблюдателем" , интерпретируя их в духе позитивизма Э.Маха: "опыт может приводить только к утверждениям этого типа - наблюдатель испытал определенное (субъективное) восприятие, но никогда не к утверждениям таким, как: некоторая физическая величина имеет определенное значение» . Я же утверждаю обратное: измеримая «физическая величина» имеет объективное «определенное значение», а «наблюдатель» может быть заменен автоматом. Итак, измерение (как и приготовление) является технической операцией, а не явлением , откуда следует отсутствие "явления" "редукции волновой функции", т.е. берущееся многими физиками в качестве очевидного "утверждени 1", которое не только не очевидно, но и ложно . В квантовой механике, как и в других разделах физики, измерения проявляют, а не изменяют состояния .

Что касается введенного И. фон Нейманом и П.Дираком проекционного оператора, действующего на волновые функции, то его место можно проиллюстрировать на примере "экрана со щелью". Согласно структуре (1), экран со щелью может выполнять различные функции, в зависимости от своего положения в этой структуре. В области приготовления он будет выполнять роль фильтра, приготавливающего исходное состояние. Он может быть и элементом измерительного прибора. Но в обоих этих случаях он включен в технические операции и находится вне области применимости языка волновых функций, который применим лишь к описанию явлений в центральной части (1) и предназначен только для описания "первой" природы. Только находясь внутри исследуемой системы, в рамках ее описания экран со щелью будет (в квазиклассическом приближении) описываться проекционным оператором.

Неверно и "утверждение 2". В качестве основного аргумента в его пользу приводится высказанный еще фон Нейманом тезис о том, что если систему подвергнуть двум непосредственно следующим друг за другом измерениям ("неразрушающим", "1-го рода" по Паули), то результат второго измерения совпадет с результатом первого. Он ссылался при этом на опыт Комптона–Симонса по столкновению фотонов и электронов. С тех пор его принято рассматривать как известный экспериментальный факт, подтверждающий "утверждение 2" . Но правильна ли подобная интерпретация этого опыта? Корректная постановка задачи о повторном взаимодействии в рамках стандартной квантовой механики, опирающейся на уравнение Шредингера, рассмотрена Л. Шиффом как задача о вычислении распределения вероятностей возбуждения двух атомов в камере Вильсона пролетающей быстрой квантовой частицей (электроном) . Другими словами, экспериментальные результаты, обычно приводимые в подтверждение тезиса фон Неймана и "утверждения 2" , корректно описываются в рамках стандартной квантовой механики, как задача об изменении состоянии частицы в ходе двух повторных взаимодействий. Поэтому "утверждение 2" и основанное на нем "утверждение 3" являются также необоснованными.

Таким образом, экспериментальные результаты, обычно приводимые в подтверждение утверждений фон Неймана, можно описать в рамках стандартной квантовой механики без этого утверждения. "На сегодняшний день, – по словам Д.Н. Клышко, – по-видимому, все известные эксперименты количественно описываются стандартными алгоритмами квантовой теории и постулатом Борна . Снова и снова подтверждается лишь адекватность квантового формализма (при правильном выборе модели) и постулата Борна. Примечательно, что проекционный постулат фон Неймана–Дирака (в отличие от постулата Борна), по-видимому, никогда не используется при количественном описании реальных экспериментов. Он, как и понятие частичной редукции, фигурирует лишь в общих качественных натурфилософских рассуждениях. По крайней мере, на сегодня авторам неизвестно экспериментальных результатов, которые было бы нельзя подобным образом теоретически описать… Таким образом, мы приходим к выводу, что “проблема редукции волновой функции” является лишь некоторой гипотезой (или постулатом), предложенной Дираком и фон Нейманом (1932 г.) и представляет собой типичный пример "порочного круга": сперва принимается на веру, что волновая функция по неизвестной причине уничтожается вне области регистрации (для измерения типа определения положения частицы), а потом это принимается за закон природы, согласно известному англоязычному выражению – “adopted by repetition”" . Часто редукцию представляют как “реальное” событие . В ряде учебников и монографий редукция объявляется одним из основных постулатов квантовой механики, как это делается, например, в (но при этом на стр. 294 делается следующее знаменательное примечание: "...при проведении тщательного различия между процедурой приготовления и процедурой измерения проективный постулат не нужен"). Однако, проекционный постулат фон Неймана–Дирака фактически не нужен и никогда не используется для количественного описания реально наблюдаемых эффектов . Поэтому не удивительно, что в ряде работ понятие редукции, его необходимость подвергается сомнению (см. ). Например, согласно , "...проекционное правило фон Неймана следует рассматривать как чисто математическое и ему не следует придавать никакого физического смысла".

Итак, приводимые в "теорфизическом" формализме постулаты Борна (см. начало этой статьи) дают все, что надо для сравнения теории и эксперимента. Это основные постулаты квантовой механики, согласующиеся со всеми известными экспериментами. Понятие же "редукции волновой функции" в момент измерения выглядит излишним. Более того, описание квантовых корреляционных эффектов в терминах редукции и связанная с этим терминология (нелокальность, телепортация (их обсуждение см. в )) ведет к псевдопарадоксам типа сверхсветового телеграфа. Главной логической ошибкой, приводящей к "проблеме редукции волновой функции" (и "парадоксов" "кота Шредитнгера" и др.), является игнорирование гетерогенности структуры физики (1), из которой следует, что измерение (и приготовление) – это не явление природы, а операция, связанная с человеческой техникой, которая может то, что не может природа . И это имеет место в физике, начиная с теории падения тела у Г.Галилея, а не только в квантовой механике.

Полнота квантовой механики состоит не в теоретическом квантовомеханическом описании всех операций измерения (и приготовления), а, также как и в других разделах физики, в формулировке непротиворечивых оснований квантовой механики, включающих операции измерения (и приготовления). В этом смысле "новая" квантовая механика, созданная в 1925-1927 гг., полна (это демонстрирует "теорфизическая" формулировка оснований). Именно поэтому после 1925-1927 гг. квантовая механика успешно развивается как нормальная наука, опирающаяся на "теорфизическую" формулировку квантовой механики, и большинство физиков мало обеспокоено проблемой "редукции волновой функции", зачастую даже не зная о ней вовсе.

Литература

1. Барвинский А.О., Каменщик А.Ю., Пономарев В.Н. Фундаментальные проблемы интерпретации квантовой механики. Современный подход. М.: МГПИ, 1988.

2. Бом Д. Квантовая теория. М.: Наука, 1965.

3. Бор Н. Избранные научные труды. М.: Наука, т.1, 1970. -582 с.; т.2, 1971.

4. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое . (М.: Наука,1989)

5. Григорьян А.Т., Зубов В.П. Очерки развития основных понятий механики. М.: Наука, 1962.

6. Клышко Д.Н., Липкин А.И. "О "коллапсе волновой функции", "квантовой теории измерений" и "непонимаемости" квантовой механики". Электронный журнал "Исследовано в России", 53, стр 736-785, 2000 г.

7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика в 10 т. М.: Наука, 1965–1987.

8. Лаплас, П. С. Опыт философии теории вероятностей: Попул. излож. основ теории вероятностей и ее прил. М. : Типо-лит. Кушнерев, 1908.

9. Липкин А.И. Основания современного естествознания. Модельный взгляд на физику, синергетику, химию. М.: "Вузовская книга", 2001.

10. Липкин А.И. Существует ли явление "редукции волновой функции" при измерении в квантовой механике? // Успехи физических наук, т.171, N4, 2001, с. 437-444.

11. Липкин А.И. Квантовая механика как раздел теоретической физики. Формулировка системы исходных понятий и постулатов // Актуальные вопросы современного естествознания. 2005, вып.3, с. 31-43.

12. Липкин А.И. Объектная теоретико-операциональная модель структуры научного знания // Философия науки (под ред. А.И. Липкина). М.: ЭКСМО, 2007.

13. Липкин А.И. Философские проблемы квантовой механики // Философия науки (под ред. А.И. Липкина). М.: ЭКСМО, 2007.

14. Мах Э.. Популярно-научные очерки. СПб.: Образование, 1909.

15. Менский М.Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов // Успехи физических наук, 2000, т.170, вып. 6, с. 631-648.

16. Менский М.Б. Квантовая механика, сознание и мост между двумя культурами // Вопросы философии, 2004, № 6, 64–74.

17. Менский М.Б. Концепция сознания в контексте квантовой механики // Успехи физических наук. 2005. Т. 175. № 4. С. 413-435.

18. Нейман фон И . Математические основы квантовой механики. М.: Наука, 1964.

19. Пенроуз Р. Тени разума в поисках науки о сознании. Москва; Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2005.

20. Поппер К. Квантовая теория и раскол в физике. Из "Постскриптума" к "Логике научного открытия" (пер. С англ., комм., и послесл. А.А.Печенкина) М.: Логос, 1998.

21. Садбери А. Квантовая механика и физика элементарных частиц (М.: Мир,1989).

22. Фок В.А. Критика взглядов Бора на квантовую механику // Успехи физических наук, 1951, XLV. 1, с. 3–14.

23. Шифф Л . Квантовая механика (М.: ИЛ, 1959) .

24. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Тт. 1-4. М., Наука, 1965-1967.

25. Ballentine L E Int. J. Theor. Phys. 27 , 211 (1988)

26. Braginsky V B, Khalili F Y Quantum Measurement (Cambridge Univ.Press, 1992)

27. Compton A. H., Simon A.W. Directed Quanta of Scattered X-rays // Phys.Rev., 1925, v. 26, p. 289–299.

28. Home D, Whitaker M A B Interpretations of Quantum Measurement without the Collapse Postulate // Phys. Lett. 1988, v. A 128, p. 1-3.

29. Margenau H. Measurement in Quantum Mechanics // Annals of Physics (N.Y.), 1963, v. 23, p. 469-485.

30. Namiki M, Pascazio S, in Fundamental Problems in Quantum Theory // Phys. Rev. 1993, v. A 44, p. 39-48.

31. Quantum mechanics without reduction (Eds. M Sini, J Levy-Leblond) (Bristol: Hilger, 1990).

32. Quantum Theory and Measurement (Eds JAWheeler, W H Zurek) (Princeton: Princeton University Press, 1983) p. 168

33. Wigner E.P. The Problem of Measurement // Amer. J. of Physics, 1963, v. 31, p. 6-15.

Эта формулировка основана на более общем "объектном теоретико-операциональном" взгляде на физику, являющимся результатом анализа двух фундаментальных научных революций – XVII в. и границы XIX–XX вв. (на отрезке от создания максвелловской электродинамики до формулировки "новой" квантовой механики) . В ходе последней физика разбивается на отдельные разделы, каждый из которых имеет четкие основания (в виде системы принципов-постулатов), в которые входит определение основных ("первичных ") идеальных объектов (ПИО ) данного раздела физики (типа механической частицы в классической механике и электромагнитного поля в электродинамике), из которых строятся "вторичные" идеальные объекты (ВИО) – модели различных явлений (подобно тому, как в геометрии из точек и прямых строятся различные фигуры). При этом формирование ПИО и оснований раздела физики идет не по эмпирическо-реалистической схеме Фр. Бэкона (от эмпирических фактов к эмпирическим обобщениям (закономерностям), а затем к общим теоретическим законам), которая была раскритикована еще в XVIII в. Д.Юмом и И.Кантом, а в XX в. – К. Поппером (с которым был солидарен А. Эйнштейн), а по рационалистически-конструктивистской схеме Г.Галилея: от теоретического определения понятия к его материализации с помощью обсуждаемых ниже операций приготовления и измерения (вакуум у Галилея – это то, где тело падает равномерноускоренно, инерциальная система отсчета у Ньютона – это то, где выполняются законы Ньютона, и т.д. и далее дается способ их реализации в эмпирическом материале). То есть ПИО первичны, а их эмпирическая материализация – приближение. Для ВИО – наоборот: они служат приближенной моделью для описываемого ими природного явления. В центре этой, сформировавшейся к началу XX в. формы представления физического знания, содержащегося в курсах теоретической физики ( и др.), оказывается физический объект (система) и его состояния, а не законы, которые выступают в качестве одной из сторон объекта (ПИО).

Значения же этих величин в отдельном акте измерения сопоставить с состоянием системы нельзя ни до, ни после этого акта измерения (если оно не приготовлено в особом “собственном” состоянии).

Она представлена в мире сегодня такими видными учеными, как Е. Вигнер и Р. Пенроуз , а у нас в стране М.Б. Менским и др.

Данная работа продолжает критический анализ подобных утверждений, начатый в .

Сделал я одно измерение и попал в одну "проекцию", сделал другое – в другую. А как быть, если я не один на Земле этим занимаюсь? Ответ на этот вопрос в выглядит так: "В любом эвереттовском мире все наблюдатели видят одно и то же, их наблюдения согласованы друг с другом". То есть оказывается, что сознание одно на всех (епископ Беркли в аналогичном месте вводил Бога как универсального наблюдателя), хотя ранее говорилось, что "индивидуальное сознание субъективно осуществляет выбор (селекцию)". На каком же основании делается столь сильное утверждение? На основании того, что иначе все развалится (не будет "линейности квантовой эволюции") и автор не видит другого пути, как призвать всемогущее сознание. Т.е. один из центральных для "многомировой интерпретации" вопрос (его ахиллесова пята) – преодоление "шизометрии" при наличии многих наблюдателей – не решается.

С чем приятнее жить: с простым сознанием вероятностного поведения квантовых объектов и операциональным характером измерения (о чем говорится ниже) или с сознанием "шизометрии" бесконечно расщепляющихся существований для "объяснения" этого вероятностного поведения квантовых объектов, наверное, – дело вкуса, но никакой логической стройности последняя ни к чему не добавляет, что подтверждает ее изложение в , кишащее многочисленными "есть основания думать", "если принять эту гипотезу", "достаточно правдоподобной представляется", "если отождествить", и т.п., которые скрывают множество произвольных ad hoc гипотез. Принципиальная непроверяемость ("многомировая интерпретация не может быть проверена экспериментально" ) данной конструкции говорит о ее чисто натурфилософском характере. Нет и связи многомировой интерпретации с "квантовой криптографией" и "квантовым компьютером", которые используют свойства (идеи) не многомировой интерпретации, а "перепутанных" состояний, введенных в знаменитом мысленном эксперименте Эйнштейна, Подольского, Розена, который в рамках "теорфизического" подхода был рассмотрен в .

Это напоминает сценический прием "Бога из машины" в пьесах XVII-XVIII вв. (для того, чтобы получить благополучный конец в пьесе, в конце действия на сценической машине спускается античный бог и все расставляет на нужные места).

Подобное членение можно найти и у Гейзенберга , а также у Г. Маргенау , но там оно трактуется по-другому.

Наряду с такой "квантовой теорией измерения", существует теория измерений, которая, как и в классической физике, занимается вопросами отличия идеального измерения, фигурирующего в физической теории (и схеме (1)) от реального, выполненного в данной материальной реализации на основе имеющихся материалов и приборов.

К этому следует добавить, что так называемая "проблема квантовых измерений" часто рассматривается как смесь двух явлений: 1) взаимодействия квантовой частицы (системы) с квазиклассической системой или с квантовой статистической системой, которая описывается матрицей плотности, а не волновой функцией, и 2) собственно "редукции волновой функции". Но первая не представляет каких-либо принципиальных проблем.

Именно эта имеющая логически необходимый статус граница скрывается за утверждением Бора, что «экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики», «должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики» . Но боровская форма их выявления неадекватна. Его обоснование необходимости «классичности» приборов опирается на утверждение, что иначе нельзя бы было «рассказать, что мы сделали и что узнали в итоге»». Но что такое «обычный язык» и «классическая физика»? И язык и физика развиваются. Новые понятия возникают вместе с новыми разделами физики. Так в конце XIX в. «неклассическим» и непонятным понятием было электромагнитное поле. Язык позволяет формулировать и новые "неклассические" понятия.

"Однако в любом случае, сколь далеко ни продолжали бы мы вычисления - до ртутного сосуда термометра, до его шкалы, до сетчатки или до клеток мозга, - в некоторый момент мы должны будем сказать: а это воспринимается наблюдателем. Это значит, что мы всегда должны делить мир на две части - наблюдаемую систему и наблюдателя . В первой из них мы можем, по крайней мере принципиально, сколь угодно подробно исследовать все физические процессы; в последней это бессмысленно. Положение границы между ними в высокой степени произвольно … Однако это обстоятельство ничего не меняет в том, что при каждом способе описания эта граница должна быть где-нибудь проведена , если только все не проходит впустую, т. е. если сравнение с опытом должно быть возможным" (курсив мой. – А.Л. ) .

Поэтому нет в квантовой механике "странного дуализма", состоящего в "предположении наличия двух типов изменений вектора состояний", о котором говорил Вигнер .

Результат дает заметную вероятность только в случае, если направление движения частицы почти параллельно как линии, соединяющей атомы, так и направлению конечного импульса рассеянной частицы. Т.е. взаимодействие движущейся частицы высокой энергии с другой частицей (которая может использоваться как «пробное тело» в косвенном измерении) в случае малой передачи энергии слабо изменяет состояние этой частицы. Естественным развитием рассмотрения пары последовательных измерений являются рассматриваемые в "непрерывные измерения" типа следа в камере Вильсона.

Включая современные реальные экспериментальные реализации мысленного эксперимента Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР) и "телепортации" состояний фотона (см. ).

То же можно сказать и о применении в "квантовой теории измерений" концепции декогеренции , действительной областью применения которой являютсязадачи по взаимодействию квантовой системы с термостатом и систем состоящих из большого числа атомов (мезосистем) .

В классической физике, построенной на ньютоновских принципах и применимой к объектам нашего обычного мира, мы привыкли игнорировать тот факт, что инструмент измерения, вступая во взаимодействие с объектом измерения, воздействует на него и изменяет его свойства, включая, собственно, измеряемую величину. Включая свет в комнате, чтобы найти книгу, вы даже не задумываетесь о том, что под воздействием возникшего давления световых лучей (это не фантазия) книга может сдвинуться со своего места, и вы узнаете ее искаженные под влиянием включенного вами света пространственные координаты. Интуиция подсказывает нам (и, в данном случае, совершенно правильно), что акт измерения влияет на измеряемые свойства ничтожно. А теперь задумаемся о процессах, происходящих на субатомном уровне.

Допустим, нам необходимо выяснить пространственное местонахождение элементарной частицы, например, электрона. Нам по-прежнему нужен измерительный инструмент, который вступит во взаимодействие с электроном и возвратит моим детекторам сигнал с информацией о его местопребывании. И тут же возникает сложность: иных инструментов взаимодействия с электроном для определения его положения в пространстве, кроме других элементарных частиц, у нас нет. И, если предположение о том, что свет, вступая во взаимодействие с книгой, на ее пространственных координатах не сказывается, относительно взаимодействия измеряемого электрона с другим электроном или фотонами такого сказать нельзя.

В начале 1920-х годов, когда произошел бурный всплеск творческой мысли, приведший к созданию квантовой механики, эту проблему первым осознал молодой немецкий физик-теоретик Вернер Гейзенберг. За что мы ему очень признательны. Как и за введенное им понятие "неопределенности", математически выраженное в неравенстве, в правой части которой погрешность измерения координаты умножена на погрешность измерения скорости, а в левой части - константа связанная с массой частицы. Сейчас объясню почему это важно.

Термин «неопределенность пространственной координаты» как раз и означает, что мы не знаем точного местоположения частицы. Например, если вы используете глобальную систему рекогносцировки GPS, чтобы определить местоположение этой книги, система вычислит их с точностью до 2-3 метров. Однако, с точки зрения измерения, проведенного инструментом GPS, книга может с некоторой вероятностью находиться где угодно в пределах указанных системой нескольких квадратных метров. В таком случае мы и говорим о неопределенности пространственных координат объекта (в данном примере, книги). Ситуацию можно улучшить, если взять вместо GPS рулетку - в этом случае мы сможем утверждать, что книга находится, например, в 4 м 11 см от одной стены и в 1м 44 см от другой. Но и здесь мы ограничены в точности измерения минимальным делением шкалы рулетки (пусть это будет даже миллиметр) и погрешностями измерения и самого прибора. Чем более точный прибор мы будем использовать, тем точнее будут полученные нами результаты, тем ниже будет погрешность измерения и тем меньше будет неопределенность. В принципе, в нашем обыденном мире свести неопределенность к нулю и определить точные координаты книги можно.

И тут мы подходим к самому принципиальному отличию микромира от нашего повседневного физического мира. В обычном мире, измеряя положение и скорость тела в пространстве, мы на него практически не воздействуем. Таким образом, в идеале мы можем одновременно измерить и скорость, и координаты объекта абсолютно точно (иными словами, с нулевой неопределенностью).

В мире квантовых явлений, однако, любое измерение воздействует на систему. Сам факт проведения нами измерения, например, местоположения частицы, приводит к изменению ее скорости, причем непредсказуемому (и наоборот). Чем меньше неопределенность в отношении одной переменной (координаты частицы), тем более неопределенной становится другая переменная (погрешность измерения скорости) поскольку произведение двух погрешностей в левой части соотношения не может быть меньше константы в правой его части.На самом деле, если нам удастся с нулевой погрешностью (абсолютно точно) определить одну из измеряемых величин, неопределенность другой величины будет равняться бесконечности, и о ней мы не будем знать вообще ничего. Иными словами, если бы нам удалось абсолютно точно установить координаты квантовой частицы, о ее скорости мы не имели бы ни малейшего представления; если бы нам удалось точно зафиксировать скорость частицы, мы бы понятия не имели, где она находится. На практике, конечно, физикам-экспериментаторам всегда приходится искать какой-то компромисс между двумя этими крайностями и подбирать методы измерения, позволяющие с разумной погрешностью судить и о скорости, и о пространственном положении частиц.

На самом деле, принцип неопределенности связывает не только пространственные координаты и скорость - на этом примере он просто проявляется нагляднее всего; в равной мере неопределенность связывает и другие пары взаимно увязанных характеристик микрочастиц. Путем аналогичных рассуждений мы приходим к выводу о невозможности безошибочно измерить энергию квантовой системы и определить момент времени, в который она обладает этой энергией. То есть, пока мы проводим измерение состояния квантовой системы на предмет определения ее энергии, сама энергия системы случайным образом меняется - происходят ее флуктуация, - и выявить ее мы не можем. Тут уместно было бы рассказать о коте Шредингера, но это будет уже совсем не гуманно.

Окей. Надеюсь это потому что вы любите физику, а не котиков.

Вперед, Макдуф, и будь проклят тот, кто первый крикнет: «Хватит, стой!»

Как объяснил нам Гейзенберг, из-за принципа неопределенности описание объектов квантового микромира носит иной характер, нежели привычное описание объектов ньютоновского макромира. Вместо пространственных координат и скорости, которыми мы привыкли описывать механическое движение, например шара по бильярдному столу, в квантовой механике объекты описываются так называемой волновой функцией. Гребень «волны» соответствует максимальной вероятности нахождения частицы в пространстве в момент измерения. Движение такой волны описывается уравнением Шрёдингера, которое и говорит нам о том, как изменяется со временем состояние квантовой системы. Если не интересны подробности, рекомендую пропустить два следующих абзаца.

Про волновую функцию. Тут необходимо сделать пояснение. В нашем обыденном мире энергия переносится двумя способами: материей при движении с места на место (например, едущим локомотивом или ветром) - в такой передаче энергии участвуют частицы; или волнами (например, радиоволнами, которые передаются мощными передатчиками и ловятся антеннами наших телевизоров). То есть в макромире, где живём мы с вами, все носители энергии строго подразделяются на два типа - корпускулярные (состоящие из материальных частиц) или волновые. При этом любая волна описывается особым типом уравнений - волновыми уравнениями. Все без исключения волны - волны океана, сейсмические волны горных пород, радиоволны из далеких галактик - описываются однотипными волновыми уравнениями. Это пояснение нужно для того, чтобы было понятно, что если мы хотим представить явления субатомного мира в терминах волн распределения вероятности. Он применил к понятию волн вероятности классическое дифференциальное уравнение волновой функции и получил знаменитое уравнение. Подобно тому как обычное уравнение волновой функции описывает распространение, например, ряби по поверхности воды, уравнение Шрёдингера описывает распространение волны вероятности нахождения частицы в заданной точке пространства. Пики этой волны (точки максимальной вероятности) показывают, в каком месте пространства скорее всего окажется частица.

Картина квантовых событий, которую дает нам уравнение Шрёдингера, заключается в том, что электроны и другие элементарные частицы ведут себя подобно волнам на поверхности океана. С течением времени пик волны (соответствующий месту, в котором скорее всего будет находиться электрон) смещается в пространстве в соответствии с описывающим эту волну уравнением. То есть то, что мы традиционно считали частицей, в квантовом мире ведёт себя во многом подобно волне.

Теперь про кота. Всем известно, что коты любят прятаться в коробках (). Эрвин Шредингер тоже был в курсе. Более того, с чисто нордическим изуверством он использовал эту особенность в знаменитом мысленном эксперименте. Суть его заключалась в том, что в коробке с адской машиной заперт кот. Машина через реле подсоединена к квантовой системе, например, радиоактивно распадающемуся веществу. Вероятность распада известна и составляет 50%. Адская машина срабатывает когда квантовое состояние системы меняется (происходит распад) и котик погибает полностью. Если предоставить систему "Котик-коробка-адская машина-кванты" самой себе на один час и вспомнить, что состояние квантовой системы описывается в терминах вероятности, то становится понятным, что узнать жив котик или нет, в данный момент времени, наверняка не получится, так же, как не выйдет точно предсказать падение монеты орлом или решкой заранее. Парадокс очень прост: волновая функция, описывающая квантовую систему, смешивает в себе два состояния кота - он жив и мертв одновременно, так же как связанный электрон с равной вероятностью может находится в любом месте пространства, равноудаленного от атомного ядра. Если мы не открываем коробку, мы не знаем точно, как там котик. Не произведя наблюдения (читай измерения) над атомным ядром мы можем описать его состояние только суперпозицией (смешением) двух состояний: распавшегося и нераспавшегося ядра. Кот, находящийся в ядерной зависимости, и жив и мертв одновременно. Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное?

Копенгагенская интерпретация эксперимента говорит нам о том, что система перестаёт быть смешением состояний и выбирает одно из них в тот момент, когда происходит наблюдение, оно же измерение (коробка открывается). То есть сам факт измерения меняет физическую реальность, приводя к коллапсу волновой функции (котик либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого)! Вдумайтесь, эксперимент и измерения, ему сопутствующие, меняют реальность вокруг нас. Лично мне этот факт выносит мозг гораздо сильнее алкоголя. Небезызвестный Стив Хокинг тоже тяжело переживает этот парадокс, повторяя, что когда он слышит про кота Шредингера, его рука тянется к браунингу. Острота реакции выдающегося физика-теоретика связанна с тем, что по его мнению, роль наблюдателя в коллапсе волновой функции (сваливанию её к одному из двух вероятностных) состояний сильно преувеличена.

Конечно, когда профессор Эрвин в далеком 1935 г. задумывал свое кото-измывательство это был остроумный способ показать несовершенство квантовой механики. В самом деле, кот не может быть жив и мертв одновременно. В результате одной из интерпретаций эксперимента стала очевидность противоречия законов макро-мира (например, второго закона термодинамики - кот либо жив, либо мертв) и микро-мира (кот жив и мертв одновременно).

Вышеописанное применяется на практике: в квантовых вычислениях и в квантовой криптографии. По волоконно-оптическому кабелю пересылается световой сигнал, находящийся в суперпозиции двух состояний. Если злоумышленники подключатся к кабелю где-то посередине и сделают там отвод сигнала, чтобы подслушивать передаваемую информацию, то это схлопнет волновую функцию (с точки зрения копенгагенской интерпретации будет произведено наблюдение) и свет перейдёт в одно из состояний. Проведя статистические пробы света на приёмном конце кабеля, можно будет обнаружить, находится ли свет в суперпозиции состояний или над ним уже произведено наблюдение и передача в другой пункт. Это делает возможным создание средств связи, которые исключают незаметный перехват сигнала и подслушивание.

Ответить

Ещё 2 комментария

Квантовая коммуникация указано, что фактически ученые научились "подсматривать" состояние первой частицы, и благодаря этому точно определять спин второй, связанной, частицы если вывести в этот момент времени первую частицу из состояния квантовой запутанности. То есть между частицами существует какая-то связь, над которой время и расстояние не подвластны. Фактически русская литература (которую я нашел в интернете))) фактически до этого момента уже не доходит. Не подскажите, что можно почитать понятное про всё это? Спасибо!

Ответить

Прокомментировать