М.Г. Иванов - Как понимать квантовую физику (1129349), страница 50
Текст из файла (страница 50)
е. в полном согласииотносительно того, жив или мёртв Кот.9.2. Как неправильно понимать квантовую механику?(фф)Эксперт — это человек, который совершил всевозможные ошибки в некотором узком поле.Нильс Бор WУчась правильно понимать квантовую механику, полезно также знатьосновные способы её неправильного понимания. В данном случае мы говорим о напрашивающихся по-своему самоочевидных интерпретациях квантовой механики, которые, тем не менее, противоречат эксперименту.
Эти268ГЛАВА 9интерпретации заслуживают того, чтобы с ними познакомиться и не только как с «типичными ошибками». «Неправильные» интерпретации частосоздавались глубокими мыслителями, и идеи некоторых из них можно развить до последовательного взгляда, не противоречащего наблюдательнымданным.9.2.1. Частица как волновой пакет (фф)Квантовая механика (унитарная эволюция) одной частицы выглядиткак классическая теория поля, для поля волновой функции данной частицы. Возникает соблазн объяснить корпускулярно-волновой дуализм, простоотождествив частицу с волновым пакетом.
Волновой пакет может быть локализован в достаточно узкой области как по пространственным координатам, так и по импульсу, и его поведение на не слишком больших временахнапоминает поведение частицы.Для студентов, знакомых с нелинейной теорией поля соблазн ещё сильнее: нелинейная теория может допускать нерасплывающиеся волновые пакеты — солитоны. Конечно, квантовая механика линейна, но опыт классической физики учит нас, что линейная теория обычно оказывается лишьприближением более точной нелинейной теории . .
.Однако такой прямолинейный подход оказывается неверным сразу понескольким причинам:• многочастичная волновая функция задаётся не в обычном трёхмерномпространстве, а в 3N-мерном конфигурационном пространстве;• ширина волнового пакета не может быть отождествлена с размеромчастицы:– сколь угодно узкий волновой пакет для большинства гамильтонианов расплывается за конечное время до макроскопической ширины;– вне зависимости от ширины волнового пакета измерение обнаруживает одну и ту же частицу (почти точечную);– волновой пакет может расщепляться на несколько частей, удалённых друг от друга на макроскопические расстояние, но при этомэксперимент обнаруживает только одну частицу;• линейность квантовой механики (принцип суперпозиции) подтверждена с очень высокой точностью.Впрочем, представление о частице как о волновом пакете возрождаетсяна новом уровне при переходе к квантовой теории поля (КТП). При перехо-9.2.
К АКНЕПРАВИЛЬНО ПОНИМАТЬ КВАНТОВУЮ МЕХАНИКУ ? ( ФФ )269де от многочастичных нерелятивистских уравнений Шрёдингера к релятивистским уравнениям Дирака или Клейна – Фока – Гордона волновая функция на конфигурационном пространстве заменяется квантовым полем, заданном в обычном трёхмерном пространстве (как одночастичная волноваяфункция). Причём квантовое поле может быть нелинейным, а значит могут возникать и солитонные (нерасплывающиеся) волновые пакеты. Однакоквантовое поле — не волновая функция. Теперь волновая функция описывает состояние не частиц, а поля, соответствующее полю конфигурационноепространство оказывается и вовсе бесконечномерным. Состоянию, содержащему отдельные частицы, действительно могут соответствовать волновые пакеты, но размеры этих пакетов по-прежнему никак не связаны с размерами частицы.
В КТП мы действительно можем пытаться описать частицы как солитоны, но линейности квантовой эволюции (линейной суперпозиции) это не отменяет, и положение частицы-солитона может, в свою очередь, описываться волновым пакетом, размазанным по пространству произвольным образом.9.2.2. «Теория» квантового заговора (фф)Бог изощрён, но не злонамерен.А. Эйнштейн WМожет бы, Господь всё-таки злонамерен.А. Эйнштейн WКвантовая частица в различных экспериментах может проявлять волновые и/или корпускулярные свойства, причём проявления тех или иныхсвойств зависит от устройства экспериментальной установки.
«Теория»квантового заговора (также «теория заговора в применении к физическойреальности») предполагает, что частица каким-то образом заранее узнаёто том, как устроена измерительная установка, и ведёт себя соответствующим образом, превращаясь в волну или корпускулу, в зависимости от того,какие свойства есть возможность проявить.Конечно, рассуждения о квантовом заговоре звучат совершенно дико,однако на фоне других диких квантовых представлений, которые, тем неменее, получили экспериментальное подтверждение, теория заговора выглядит вполне заурядно.«Теория» квантового заговора сама по себе не является физическойтеорией, более того, при последовательном применении такая «теория»,270ГЛАВА 9подобно «теории бога», способна объяснить что угодно, но не способнаничего предсказать.
Поэтому для того, чтобы ставить эксперимент по проверке теории заговора, её следует дополнить какими-то предположениямио том, как именно частица подсматривает за экспериментатором.Квантовый заговор и эксперимент с отложенным выбором (фф)Если предположить, что частица принимает решение о том, быть ейволной или корпускулой в момент вылета из источника, то появляется возможность экспериментальной проверки.
Если быстро (уже после того, какчастица вылетела) изменить конструкцию установки, то можно надеяться,что частица не успеет обернуться из волны в корпускулу или наоборот. Длятого чтобы предыдущая частица не подсказала следующей конструкциюустановки, конструкция должна меняться случайным образом для каждойновой частицы.Такой эксперимент, предложенный в 1978 году Джоном Уилером, былназван экспериментом с отложенным выбором5 и был позднее реализован6 .Понятно, что эксперимент не закрывает возможностей построения более изощрённых теорий квантового заговора.Квантовый заговор и «социология материи» (фф)В апрельском номере журнала «Успехи физических наук» за 2001 годв рубрике «Письма в редакцию» под общим заголовком «Отклики читателей на статью М.
Б. Менского “Квантовая механика: новые эксперименты,новые приложения и новые формулировки старых вопросов”» была помещена подборка коротких статей об интерпретациях квантовой механики,представляющая собой ценный источник примеров того, как не надо понимать квантовую механику. Среди этих заметок была статья Рауля Нахмансона, представляющая теория квантового заговора в концентрированномвиде7 .5 Wheeler J. A. In Mathematical Foundations of Quantum Mechanics / Edited by A. R.
Marlow. —N.Y.: Academic Press, 1978. — P. 948. Ссылка взята из книги Дж. Гринштейн и А. Зайонц «Квантовый вызов», Глава 2 «Фотоны», оттуда же взята и следующая ссылка6 Hellmuth T., Walter H., Zajonc A. and Schleich W. Delayed-choice experiments in quantuminterference // Phys. Rev. A. 1987.
— Vol. 35. — P. 2532–2541.Alley C. O., Jakubowicz O., Steggerda C. A. and Wickes W. C. A delayed random choicequantummechamic experiment with light quanta // Proceedings of the International Symposium onthe Foundations of Quantum Mechanics / Edited by S. Kamefuchi. — Tokyo: Physics Society ofJapan, 1983.
— P. 158–164.7 Нахмансон Р. С. Физическая интерпретация квантовой механики // УФН, Т. 7, № 4. —С. 441–444. Как показал поиск по интернету, данная публикация не является первоапрельскойшуткой. Р. С. Нахмансон на протяжении многих лет последовательно развивает свою интерпретацию квантовой механики как «социологии материи».9.2. К АКНЕПРАВИЛЬНО ПОНИМАТЬ КВАНТОВУЮ МЕХАНИКУ ? ( ФФ )271В статье предлагается, что элементарные частицы представляют собойразумные существа, способные обмениваться информацией со сверхсветовой скоростью и за счёт этого «дурачить» экспериментатора, сговорившисьследовать предсказаниям квантовой теории.
Автором используются дажеслова «цивилизация частиц».Любопытно, что при этом автором предлагаются вполне осуществимые эксперименты по проверке предлагаемой гипотезы. Предлагается установить с частицами контакт (или хотя бы выработать у них условный рефлекс), общаясь с ними с помощью азбуки Морзе (или другого двоичного кода). Экспериментатор передаёт информацию частице, предлагая ейпроходить через пластинки разной толщины, а частица передаёт информацию экспериментатору, выбирая отразиться от полупрозрачного зеркалаили пройти насквозь.9.2.3. «Смерть реальности» и парадокс ЭПР (фф)«Материя исчезает» — это значит исчезает тот предел, до которого мызнали материю до сих пор, наше знание идёт глубже; исчезают такиесвойства материи, которые казались раньше абсолютными,неизменными, первоначальными (непроницаемость, инерция, массаи т.
п.) и которые теперь обнаруживаются как относительные, присущиетолько некоторым состояниям материи. Ибо единственное «свойство»материи, с признанием которого был связан философский материализм,есть свойство быть объективной реальностью, существовать вненашего сознания.В. И. Ленин, «Материализм и эмпириокритицизм», глава V «Новейшаяреволюция в естествознании и философский идеализм»Современные разговоры про «смерть реальности» в квантовой механике берут своё начало от знаменитой статьи ЭПР — Эйнштейна – Подольского – Розена 1935 года8 .
Всё началось со следующей фразы:Если мы можем, без какого бы то ни было возмущения системы, предсказать с достоверностью (т. е. с вероятностью, равнойединице) значение некоторой физической величины, то существует элемент физической реальности, соответствующий этой физической величине.8 Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be considered complete? Einstein A.,Podolsky B., Rosen N.
// Phys. Rev. — 1935. — 47. — P. 777–780. Цитируется по сборнику:Альберт Эйнштейн. Собрание научных трудов. — М.: Наука, 1966.272ГЛАВА 9Далее в статье в качестве измерения «без какого бы то ни было возмущения системы» понимается измерение, выполняемое не на прямую надинтересующим экспериментатора объектом, а над другим объектом, состояние которого зацеплено (скоррелировано) с состоянием исследуемогообъекта. Такое измерение действительно считалось бы выполненным «безкакого бы то ни было возмущения системы» в классической физике, нов квантовой теории такое измерение изменяет волновую функцию системы (общую волновую функцию обоих подсистем) и не может считатьсяневозмущающим.Слова «предсказать с достоверностью (т.
е. с вероятностью, равнойединице)» при этом читаются как «предсказать после проведения измерения».Как было показано в статье ЭПР и во многих последующих теоретических и экспериментальных работах, в квантовой механике не всякой измеряемой можно приписать «элемент реальности» в указанном выше смысле, причём эксперименты согласуются с предсказаниями квантовой механики, а не с классическими представлениями о локальности и причинности: действительно, измерение, выполняемое над одной частью системы,мгновенно, без передачи каких бы то ни было взаимодействий, влияет надругую часть системы (квантовая нелокальность), если исходное состояние системы не представимо в виде произведения состояний подсистем.(См. 7.5.6 «Неравенство Белла и его нарушение (ф**)».)Когда в какой-либо научной публикации говорится, что квантовая механика показала «отсутствие физической реальности», то на самом делеимеется в виду квантовая нелокальность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
