А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 112

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 112)

Физики классической традиции не могли признать допустимым введение индетерминизма по крайней мере на фундаментальном уровне элементарного объекта теории. Эйнштейн выразил это известным высказыванием, что «бог не играет в кости». В связи с этим возник ряд попыток доказать неправильность соотношения неопределенностей, придумав такую мысленную ситуацию и процедуру измерения, которые бы позволили определить обе некоммутирующие динамические переменные с нулевым разбросом.

В истории известен ряд дискуссий Бора и Эйнштейна по этим вопросам. Эйнштейн предлагал пример, опровергающий соотношение неопределенностей, а Бор доказывал ошибочность аргументов Эйнштейна. В конечном счете не удалось найти примеров, опровергающих соопюшение неопределенностей. Дискуссии Бора и Эйнштейна по этим вопросам сейчас имеют лишь исторический интерес. Рассуждения ЭПР и элементы физической реальвости, В 1935 г. трем авторам — Эйшнтейну, Подольскому и Розену (ЭПР) — пришла идея изме- рения физических свойств частицы без возмущения ее состояния, если измерение производить, «пе прикасаясь» к ней.

В результате это~о представляется возможным знать числовое значение динамической переменной до акта последующего измерения «с прикосновением» к частице. Отсюда можно сделать заключение, что эта физическая величина характеризуется определенным числовым значением независимо от акта измерения и существует, так сказать, сама по себе.

О такой величине говорят, что она является элементом физической реальности. В своей статье Эйнштейн, Подольский и Розен определили «элемент физической реальности» следующим образом: «Если, ничем не возмущая систему, можно достоверно предсказа.гь числовое значение физической величины, то существует элемент физической реальности, соответствующий этой физической величине». Идея невозмущающего измерения чрезвычайно проста и основана на подходящем законе сохранения для рассматриваемой величины. В статье ЭПР было рассмотрено невозмущающее измерение импульса частицы.

Пусть покоящаяся частица самопроизвольно распадается на две частицы, которые разлетаются в противоположные стороны. Суммарный импульс двух частиц равен нулю, а импульсы частиц равны по модулю, но противоположны по направлению. Следовательно, измерив импульс одной из них, узнаем импульс другой.

Если расстояние между частицами достаточно велико, то можно быть уверенным, что измерение импульса первой частицы не возмутило импульс второй частицы, который оказывается известным до измерения «с соприкосновением». Это означает, по 414 15 Концептуальные вопросы квантовой механики мнению ЭПР, что у квантовой частицы существует элемент физической реальности, называемый импульсом.

Проблема полноты квантовой теории. Рассмотрев несколько типов подобных измерений, ЭПР приходят к выводу, что число элементов физической реальности больше, чем в состоянии описать квантовая механика. В частности, импульс и координата частицы являются, по мнению ЭПР, элементами физической реальности, а квантовая механика не в состоянии описать нх одновременно в этом качестве из-за запрета соопюшений неопределенности.

По мнению ЭПР, квантовая теория не является полной в соответствии со сформулированным ими определением полноты: «Каков бы ни был смысл слова «полный», представляется необходимым на полную теорию наложить следующее условие: каждый элемент физической реальности должен соответствовать некоторому нечто, представляющему его в теории». При таких определениях полноты теории и элементов физической реальности, а также убеждении, что они доказали своими рассуждениями ошибочность соотношений Гейзенберга, ЭПР сделали заключение, что описание физической реальности с помощью вектора состояния не является полным. Следовательно, необходима разработка более глубокой теории, которая бы полно представила физическую реальность.

Такое заключение явилось мощной поддержкой разработке различных вариантов теории скрытых параметров и поискам альтернативных интерпретаций квантовой механики, отличных от разработанной в институте Бора в Копенгагене Бором, Гейзенбергом и другими и получившей название копенгагенской интерпретации. Бор без промедления ответил на рассуждения ЭПР. Суть его ответа состояла в том, что рассуждения ЭПР основаны на неприемлемых для квантовой механики посылках. Разлетевшиеся частицы в измерении импульса в рассуждениях ЭПР не мокнут рассматрива~ься как два независимых квантовых объекза, они в совокупности составляют один квантовый объек~, или, иначе, единую квантовую систему, независимо от геометрических размеров.

Измерения можно производить и интерпретировать лишь применительно к системе в целом и нельзя разбить единую квантовую систему на две части, как это сделали Эйнштейн, Подольский и Розен. Поэтому их заключение о неполноте квантовой механики несостоятельно. Дальнейшее развитие событий показало, что прав был Бор. Однако и рассуждения ЭПР не были бесплодными. Хотя они и направили некоторые научные исследования в тупиковые направления, но активизировали также и плодотворные исследования по фундаментальным аспектам квантовой теории. Речь при этом идет в первую очередь о квантово-механической корреляции и несепарабельности квантовой системы. Квантово-механическая корреляция и несепарабельноеть квантовой системы. Под несепарабельноетью квантовой системы понимается неразрывность связи любой части системы со всей системой, невозможность разделить систему на части даже мысленно в теории.

Поведение и свойства отдельных частей системы определяются системой в целом, и они не могут рассматриваться независимо, т.е, поведение и свойства отдельных частей системы коррелируют между собой. 75. Физическая реальность 41 о Такая корреляция в классических системах не представляет собой концептуальной проблемы, она объясняется физическими связями между частями системы. В квантовой системе, особенно если ее частями выступают элементарные квантовые объекты, такая корреляция без сомнения является одной из важнейших концептуальных проблем теории и по своему содержанию коренным образом отличается от классической корреляции. Рассмотрим это отличие на примере измерении импульса в системе разлетающихся частиц в рассуждениях ЭПР. Математически несепарабельность квантовой системы из двух разлетающихся частиц выражается в том, что волновую функцию э той системы нельзя представить в виде произведения волновых функций, относящихся к частям системы. Поэтому нельзя провести рассуждения об измерении импульсов частиц так, как это было сделано Эйнпггейном, Подольским и Розеном.

Волновая функция системы содержит все корреляции между свойствами частей системы, в том числе она содержит и закон сохранения импульса, который выступает в виде корреляционного соотношения между импульсами разлетающихся частиц. В классической и квантовой системе из двух разлетаюгцихся частиц формулировка этого корреляционного соотношения одинакова: при независимом измерении импульсов разлетающихся частиц получаются олинаковые по модулю, но противоположные по знаку числовые значения. Однако физическое содержание этой формулировки принципиально различно. В классической системе эта формулировка, кроме закона сохранения импульса изолированной систе- мы, ничего не содержит. В квантовой системе она содержит нечто значительно большее. Она содержит утверждение, что закон сохранения энергии соблюдается в каждом измерении.

Но динамические переменные, именуемые импульсами частиц, дают при измерении недетерминированный числовой результат, причем эта недетерминированность обусловлена не техническими ошибками измерения, а является принципиальным свойством динамической переменной. Спрашивается: какие факторы обеспечивают полную корреляцию значений импульсов у разлетающихся частиц для каждого измерения, если измерение каждого из импульсов дает недетерминированный результат? Само собой разумеется, что под измерением в этом вопросе подразумевается совокупность двух измерений импульсов разлетающихся частиц. Если пространственно-временные области, в которых производятся измерения импульсов разлетающихся частиц, разделены пространственно- подобным интервалом, то наличие корреляции между индивидуальными недетерминированными результатами измерений в этих областях не может быть в принципе объяснено существованием каких-то классических физических связей между областями измерения импульсов.

Ясно, что предсказание квантовой механикой корреляции между индивидуальными недетерминированными событиями является чрезвычайно фундаментальным результатом. Однако необходимости прямой экспериментальной проверки справедливости этого результата в то время П935) не возникало, поскольку квантовая механика была блестяще подтверждена всей совокупностью экспериментальных исследований. 416 15. Концептуальные вопросы квантовой механики Для Бора и большинства физиков, рабо~авших в области квантовой механики, вопрос о рассуждениях ЭПР и полноте квантовой механики был исчерпан.

Характеристики

Список файлов книги