М.Г. Иванов - Как понимать квантовую механику (1156773), страница 58
Текст из файла (страница 58)
W]ханики?Также вопрос о границах применимости квантовой теории ставит перед нами квантовая статистическая физика. Как старая, так и новая копенгагенская интерпретация формально не позволяют применять квантовуютеорию в статистической физике. Старая копенгагенская интерпретация отказывается работать с макросистемами, а новая копенгагенская интерпретация отказывается работать с незамкнутыми системами.Другой постулат копенгагенской интерпретации о необходимости выделения наблюдателя также ставится под сомнение. В данном случае этадискуссия по-прежнему далека от практики, но постепенно приобретаетвсё большую важность в фундаментальной науке.
Со времён Бора космология, строящаяся на основе общей теории относительности (ОТО), а также её обобщениях, постепенно всё в большей степени становилась наукой.В настоящее время космология умеет неплохо описывать нашу Вселенную,304ГЛАВА 9и её модели с удовлетворительной степенью точности согласуются с наблюдательными данными. И здесь вопрос о том, можно ли писать волновуюфункцию Вселенной и нужен ли при этом наблюдатель (кто?! См.
рис. 9.11),становится актуальным.Проблема усугубляется тем, что до сих пор не существует общепринятой последовательной квантовой теории гравитации13 . Многие физикиприходят к мысли, что создание последовательной квантовой теории гравитации потребует не менее радикального пересмотра наших физическихконцепций, чем создание квантовой механики или ОТО.Некоторые эффекты ОТО, такие как поглощение частицы чёрной дырой, являются необратимыми.
Это наводит некоторых учёных на мысль,что необратимость ОТО и необратимость измерения в квантовой теориисвязаны друг с другом. Если это действительно так, то есть надежда в рамках квантовой теории гравитации включить процесс измерения в теориюне в виде отдельного постулата, а как естественное следствие основныхуравнений.Другой взгляд на необходимость наблюдателя в квантовой механикепредлагает интерпретация Эверетта (см. раздел 9.3.7).9.3.6.
«Абстрактное Я» фон Неймана (фф)ФОПФ так и не смогли окончить лорд Кельвин,Иоганн фон Нейман, Отто фон Герике и Гербертфон Караян, о чём постоянно жалеетФ. Ф. Каменец.Проспект Факультета общей и прикладнойфизики, МФТИ. 1992Как уже упоминалось выше в разделе 8.2 «Моделирование измерительного прибора*», граница между наблюдателем и измеряемой системойможет проводиться по-разному.
Выше мы также двигали эту границу, рассматривая Кота Шрёдингера и Друга Вигнера.И если мы выше расширяли систему, то Иоганн фон Нейман14 сужалнаблюдателя. В систему могут включаться или не включаться прибор,13 Хотя есть ряд кандидатов на роль квантовой теории гравитации, в число которых входят теории струн, супергравитация, М-теория, петлевая гравитация и др.
Также существуютнепоследовательные квантовые теории гравитации, которые в некоторых условиях позволяютпредсказывать физические эффекты, но не являются самосогласованными теориями.14 Иоганн фон Нейман, Математические принципы квантовой механики. — М.: Наука, 1964.9.3. И НТЕРПРЕТАЦИИКВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ( Ф )305стрелка прибора, глаз наблюдателя, часть мозга наблюдателя, занимающаяся обработкой зрительного сигнала .
. . Соответственно, сам акт наблюдения производят: человек и прибор, сам человек (целиком), голова наблюдателя, мозг наблюдателя, отвечающая за высшую нервную деятельностькора головного мозга15 , и наконец, некоторое «абстрактное Я наблюдателя». «Абстрактное Я» при этом рассматривается как нечто, не имеющеематериального носителя16 .С этой точки зрения «абстрактное Я»представляет собой некий процесс, благодарякоторому человек знает, в каком состоянии находится его сознание. Другая возможная трактовка: «абстрактное Я» тождественно некоторой объективной (не зависящей от наблюдате- Рис. 9.12. «Абстрактное Я»фон Неймана по версии просля) редукции волновой функции.Предположение (у фон Неймана неявное), пекта ФОПФ (1992).что человек знает в каком состоянии находится его сознание, представляется весьма шатким.
Скорее, следуя Бору, который предлагалприменить принцип дополнительности к человеческому сознанию, можно ожидать, что рефлексия (осознание сознательной деятельности) препятствует сознательной деятельности.Сам Бор, вероятно, не связывал эту дополнительность с квантовыми эффектами, однакомногие авторы полагают, что сознание может Рис. 9.13.
Иоганн фон Нейбыть существенным образом квантовым, хотя ман (1903–1957) во время раи понимают эту квантовость очень по-разному. боты в Лос-Аламосе.9.3.7. Многомировая интерпретация Эверетта (фф)Когда мы рассматривали Кота Шрёдингера, а потом Друга Вигнера, томы последовательно расширяли квантовую систему, включая в неё всё новых и новых наблюдателей: Датчик, Кота, Наблюдателя, Друга.
Каждый из15 С точки зрения «новой копенгагенской» интерпретации такой сдвиг границы между системой и прибором недопустим, т.к. квантовая механика — теория замкнутых систем, то, например, проводить границу система-наблюдатель между глазом и мозгом нельзя — они слишкомсильно взаимодействуют.16 Заметим, что основной вывод, декларируемый фон Нейманом, состоял не во введении«абстрактного Я», а в существенной произвольности границы между системой и наблюдателем.306ГЛАВА 9этих наблюдателей по мере распространения сигнала попадал в состояние,запутанное с тем, что на предыдущем этапе рассматривалось как квантовая система. Для того чтобы проследить судьбу наблюдателя, включённогов расширенную систему, мы вводили следующего наблюдателя, которыйосуществляет измерение над предыдущим, и т.
д.Это наводит на мысль, что нет никакойнеобходимости плодить наблюдателей и дополнять унитарную эволюцию процедурой измерения. В конце концов после того, какочередной Наблюдатель попал в суперпозицию двух макроскопически различных состояний, каждое из этих состояний живёт своейжизнью, поскольку они столь различны, чтоих интерференцией (возможностью привестик микроскопически одинаковому итогу) можно пренебречь.
Мы получаем как бы два паРис. 9.14. Хью Эверетт III раллельных Мира: в одном из них Кот жив,1964 г. (1930–1982).и все наблюдатели с этим согласны, а в другом[http://space.mit.edu/]Кот мёртв, и все наблюдатели обнаруживаютименно такой исход. Эти два Мира практически не влияют друг на друга.Мы можем придти к выводу, что квантовая механика не требует введения процедуры измерения. Унитарная эволюция квантового состояния даётнам суперпозицию состояний (параллельных Миров), отвечающих всемвозможным комбинациям исходов всех измерений. Эти Миры ветвятся прикаждом измерении, но все они сосуществуют, описанные как компонентыодного состояния (волновой функции) Вселенной.Проекционный постулат, с помощью которого мы обычно описываемпроцедуру измерения, позволяет выделить из параллельных Миров один,который нами воспринимается.Наблюдатель воспринимает лишь один Мир (компоненту квантовойсуперпозиции) потому, что эти Миры макроскопически различны.
Однако в параллельных Мирах могут быть аналоги этого же наблюдателя: если в одном Мире Наблюдатель, обнаружил, что спин электрона направленвверх и поставил в лабораторный журнал единичку, то в параллельном Мире точно такой же Наблюдатель обнаруживает, что спин направлен внизи ставит в журнал нолик. Таким образом, Наблюдатели ветвятся вместес Мирами.9.3. И НТЕРПРЕТАЦИИКВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ( Ф )307Математически это ветвление описывается с помощью относительныхсостояний |ψφ0 (7.5.5 «Относительные состояния (ф*)»), которые задаютсостояние подсистемы при условии, что наблюдатель окажется в состоянии |φ0 . Разным параллельным Мирам соответствуют разные состояниянаблюдателя |φ0 , и разные относительные состояния окружающей вселенной |ψφ0 .
В многомировой интерпретации все относительные состоянияв равной степени реальны и сосуществуют друг с другом.В многомировой интерпретации квантовой механики как в классикенет случайности, а есть только незнание. Наблюдатель, который всерьёзпринял эту интерпретацию, уверен, что в том или ином из параллельныхМиров происходит всё, что может произойти (см.
раздел 3.2 «Возможно всё,что может произойти (ф*)»), он только не знает попадёт ли он в тот самыйМир, в котором случится интересующее его событие, или это событие будетнаблюдать не он, а его иной вариант из параллельного Мира.Параллельные Миры расщепляются не сразу, а порой могут не только расщепляться, но и сливаться. Так, если мы пустили фотон с помощьюполупрозрачного зеркала сразу по двум плечам интерферометра, то можно сказать, что Мир расщепился на два, в каждом из Миров фотон пошёлпо своему пути. Однако, если в конце интерферометра фотон будет сновасобран с помощью полупрозрачного зеркала в один волновой пакет, то нампридётся сказать, что параллельные Миры снова слились, или что они ещёне успели толком расщепиться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
