К вопросу об интерпретации квантовой физики

Посмотрел статью 2013 года в Успехах физических наук об интерпретации квантовой механики. В статье немного уравнений и поэтому ее вполне можно читать. Статья хорошо показывает то обстоятельство, что по-прежнему остается непонятно, что же квантовая механика говорит об устройстве мира. Физики явно не справляются с возложенной на них обязанностью по объясненению остальным устройства фундаментальной реальности.

В статье основное внимание уделено копенгагенской интерпретации и многомировой интерпретации Эверетта. По ходу обсуждения копенгагенской интерпретации разбирается интерпретация, основанная на декогеренции. Автор статьи склоняется в пользу копенгагенской интерпретации, многомировая интепретация представляется ему слишком спекулятивной. Ниже несколько цитат из статьи с моими комментариями.

Я начну с того, что говорилось еще в мое время. Ниже в цитате рассматривается процесс схлопывания волновой функции при проведении измерения. До измерения волновая функция обладала множеством состояний u_n, каждое из которых характеризовалось вероятностью |c_n|^2. После измерения мы получаем только одно определенное состояние.

‘Важно отметить, что именно при редукции возникает случайность — индетерминизм. В какую функцию u_n из множества {u_n} с |c_n|^2 != 0 преобразуется волновая функция Phi(t) квантового объекта, полностью непредсказуемо. Как известно, фон Нейман по этому поводу сказал, что в квантовой механике «причиной дисперсии будет уже не наше незнание, а сама природа, которая не считается с принципом достаточного основания». Вероятность в квантовой физике, в отличие от вероятности в классической физике, не является следствием нашего незнания, а есть объективная вероятность, описывающая объективную случайность.’

Другими словами, индетерминизм в квантовой механике полностью сводится к стохастичности, описываемой функцией распределения вероятности, которая в свою очередь задается уравнениями квантовой механики. Теперь про саму проблему:

‘Возникает вопрос: почему квантовый объект, если над ним не производится измерение, эволюционирует так, что его волновая функция изменяется детерминированно по уравнению Шрёдингера, что описывается унитарным оператором U(t), а при измерении эта волновая функция непредсказуемым образом скачкообразно становится собственной функцией наблюдаемой величины? Разве измерение как взаимодействие частицы с прибором, в свою очередь состоящим из частиц, это не физическое взаимодействие, тоже описываемое уравнением Шрёдингера, т.е. унитарным оператором?’

По логике квантовый мир лежит в основании всего макромира. В этом случае можно себе представить, что мы расширяем квантовую систему, путем включения в него измерительного прибора. Однако в этом случае квантовая механика не может описать сам процесс измерения, поскольку в формализме самой квантовой механики  схлопывание волновой функции невозможно. Соотвественно, в статье обсуждение переходит к наблюдателю (а затем и к сознанию):

‘Итак, всё зависит от того, посмотрит или не посмотрит наблюдатель на подсистему. Если наблюдение за подсистемой не проводится — наблюдается только система как целое, то смешения состояний не происходит — система по-прежнему описывается чистым состоянием.’

Такого, по-моему, в наше время не было. Насколько я помню, все сходились на том, что волновая функция схлопывается сама по себе. Хотя, возможно, это было особенностью светлого прошлого, когда не было принято обсуждать связь между схлопыванием волновой функции и строителем коммунизма. А вот западные физики, необремененные идеологическими ограничениями, находили связь квантовой механики с сознанием с самого начала:

‘Как известно, фон Нейман связал редукцию с сознанием наблюдателя. Всякий прибор — это продолжение органов чувств наблюдателя, получающего информацию об окружающем мире. Любой прибор можно считать состоящим из квантовых объектов — атомов и молекул, а значит, к нему можно применять законы квантовой физики. При этом предполагается справедливым «принцип перенесения границы».

Граница прибор-объект может переноситься к глазам наблюдателя, которые считаются классическими, в то же время то, что ранее считалось прибором, теперь объединено с изучаемым объектом в одну квантовую систему. Фон Нейманом было показано, что результат наблюдения не зависит от того, где проведена граница. Эту границу можно провести далее в мозг наблюдателя, однако всегда остаётся сознание или «абстрактное я» наблюдателя как субъект познания, получающий информацию.’

Тем не менее, сознание дело тонкое. Когда в этом контексте говорят о сознании, то имеют в виду далеко не сознание отдельного физика. Сознание сознанию рознь:

‘На это возражение следует ответить известным из философии аргументом, согласно которому к субъекту познания неприложимо понятие числа. Субъект познания всегда только Я. Всё остальное — объекты для этого Я. Разумеется, это Я нельзя отождествлять со мною как Марией, Андреем или ещё с кем-то из объектов как для меня самого, так и для других. Мания величия возникает, только если я, как Мария, в отличие от Сергея, есть Субъект, а он — всего лишь объект. Каждый наблюдатель, познающий что-либо, есть Я как субъект познания. Поскольку Я единственно, тогда то, что вижу Я как результат квантового наблюдения, будет тем же и для других наблюдателей. Поэтому здесь не возникнет парадокса типа парадокса «друга Вигнера», согласно которому, если редукция проводится сознанием наблюдателя, то разные люди, например Вигнер и его друг, могли бы видеть разные результаты. В этом парадоксе предполагается множество сознаний, что не соответствует аргументации фон Неймана. Очевидно, фон Нейман, который был связан с великой германской философской традицией, отдавал себе отчёт в том, что он называл «абстрактным Я наблюдателя».’

Интересно отметить, что автор статьи не исключает возможность нахождения решения проблем квантовой механики в рамках решения психофизической проблемы:

‘Очевидно, что доказательство правильности подобной интерпретации нужно искать в психологии и физиологии, для которых главной нерешённой проблемой является психофизическая проблема: как сознание (нечто явно нематериальное, описываемое в психологических терминах) управляет телом, описываемым в физических терминах. Вопрос о том, может ли квантовая теория помочь решить эту проблему, остаётся открытым.’

Приведу только одну цитату про декогеренцию:

‘Решает ли декогеренция проблему измерения? Многие считают, что нет. Так, Дж. Белл задаёт вопрос о том, что в природе заставляет квантовую систему, содержащую макротело, сказать: «Я система, а ты — окружение, и мы по тебе будем усреднять». Также отмечается, что диагонализация матрицы плотности без наблюдения подсистемы ещё не означает появления смеси состояний для всей системы, что обсуждалось нами выше в связи с нарушением унитарности при измерении. Декогеренция только объясняет, почему мы — люди-наблюдатели — не видим интерференции макротел.’

В многомировой интерпретации волновая функция считется объективно существующей. В этом смысле схлопывание волновой функции вообще не происходит, а в результате измерения происходит расщепление мира, когда один наблюдатель регистрирует одно состояние волновой функции, а другой — другое. Другими словами, мир однозначно управляется эволюцией волновой функции, а проблемы возникают на уровне наблюдателя, который не может узнать, в какой из вселенных он находится. Ниже несколько цитат из статьи.

‘Расщепление происходит в гильбертовом пространстве — это размножение состояний одного объекта, а не самих объектов.

Один электрон после его измерения, оставаясь одним-единственным, как и наблюдатель остаётся единственным (никаких двойников!), описывается сразу многими относительными состояниями. В одном из этих состояний наблюдатель видит один результат, а в другом — другой. Тем самым наблюдатель с одним и тем же телом, которое не размножается, сразу находится во многих состояниях, так что в одном состоянии он видит один результат, в другом — другой, в третьем — третий и т.п. Не случайно эту ситуацию сам Девитт называл шизофренической… Впрочем, об этом надо спросить психиатров, которые, возможно, смогут сказать физикам и что-то полезное…’

‘В случае эвереттовской интерпретации имеется множество миров с наблюдателем в них. Однако наблюдатель видит «себя» (или «меня») как «воплощённого» в одном из миров, а другие его состояния (или «копии», как говорят эвереттовцы) не наблюдают (не осознают). Что определяет это «воплощение» или «предпочтение» одного мира перед другим?’

‘Таким образом, следует согласиться с Кентом, что статьи эвереттовцев часто противоречат друг другу и пока не существует общепринятой интерпретации эве- реттовской интерпретации…

Одни авторы (например, Девитт) подчёркивают, что сознание не играет никакой роли, другие говорят противоположное и пытаются использовать теорию принятия решений. Наконец, сам главный пропагандист Д. Дойч справедливо обращает внимание на недостаточный анализ таких примеров, как расплывание волнового пакета, в которых миры явно взаимодействуют и имеется интерференция. Даже столь популярный пример двухщелевого эксперимента с квантовой частицей нигде подробно не рассмотрен в этой интерпретации.’

Информация

Андрей Анатольевич Гриб. К вопросу об интерпретации квантовой физики. Успехи физических наук 183, no. 12 (2013): 1337-1352.

https://www.ufn.ru/ufn13/ufn13_12/Russian/r1312d.pdf

Краткое описание статьи известного физика Пола Дэвиса (The nature of the laws of physics and their mysterious biofriendliness), в которой он предлагает достаточно своеобразную интерпретацию законов физики на основе эксперимента «с отложенным выбором» Уилера

Физика для биологов

Одно из следствий многомировой интерпертации

Квантовое самоубийство

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/188837.html


Comments are closed.