Тарасов Л.В. Основы квантовой механики (1185096), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Так, очевидно, нельзя полагать, будто на первом этапе, процесса измерения микрообъект в буквальном смысле <размазывается» по разным состояниям суперпозиции (например, проходит частично через одну щель, а частично через другую — в известном опыте с прохождением микрообъектов через экран с щелями). Точно так же нельзя 121 полагать, будто на заключительном этапе процесса изме. рспия «размазанный» по разным состояниям ьпикрообьект вдруг сразу, как только вступит в игру детектор (как только произойдет акт регистрации), «соберется целиком» ~в одном ~из этих состояний.
П~римечательно, что много споров вызывала гоактовка именно заключительного этапа процесса измерения. Сторонники модельной (классической) интерпретации микрообъектов и микро- явлений, естественно, заходили в тупик, когда пытались представить себе «редукцию волнового пакета».
Поскольку составляющие суперпозицию состояния, могут быть разнесены пространственно, то ~в этом случае <редукция волнового пакета» должна была фактически означать мгновенную пространственную локализацию микрообьекта. Широко использовался, в частности, следующий пример. Волновой .пакет взаимодействует с полупрозрачным зеркалом (зеркало играет роль анализатора),и частично отражается, частично проходит (что соответствует «размазыванию» микрообъекта по составляющим супер- позицию двум состояниям). На пути каждой из частей волнового, пакета поставлено по детектору. Известно, что всякий раз срабатывает только один детектор.
Предположим, что в некий момент времени оработал детектор, поставленный на пути отраженной части волнового пакета. Это означает, что другая часть волнового пакета должна мгновенно исчезнуть,из той области пространства, где находится несработавший детектор, и появиться за мгновение до акта регистрации перед другим детектором. Вполне очевидна абсрудность,подобного «поведения» м~ик~рообъекта, который, кстати говоря, «не может знать», какой из детекторов сработает в данном случае. Упорствуя в желании сохранить классическую интерпретацию, пытаются иногда прибегнуть к классическому толкованию суперпозиции. Такое толкование предполагает, что после взаимодействия с анализатором микро- объект фактически оказывается в каком-то одном базисном состоянии, и роль детектора попросту сводится к выявлению свершившегося факта — к выявлению того, в каком именно базисном состоянии оказался при взаимодействии с анализатором мнкрообъект.
Теперь все выглядит очень просто: сработавший ~в приводившемся только что примере детектор выявляет тот факт, что при взаимодействии с зеркалом данный волновой пакет отразился, а не прошел насквозь, 122 Однако подобный путь уже давно исключен. Достаточно напомнить читателю рассуждения, приводившиеся при обсуждении опыта 1 в ~ 7. Если бы можно было попросту полагать, что в одних случаях м~ик~рообъект проходит через одну щель экрана, а в д~ругих случаях— через другую, то, как уже отмечалось, мы бы не наблюдали интерференционной картины на экране-детекторе. Иначе говоря, классическое представление суперпозиции состояний эк~вивалентно уничтожению суперпозиции.
Необходимо признать: до тех пор, пока детектор не обнаруж~ил микрообъект, последний находится в супе~рпозицион~ном состоянии ~яр~<" з~ рг)(~г(, а не в каком! либо из состояний (~;~. Что же касается вопроса о том, как это наглядно представить, то от этого просто приходится отказаться. Можно сказать, что обсуждение квантовомеханического измерительного процесса (в частности, проблемы «редукции волнового пакета») дает особенно убедительное доказательство принципиальной невозможности классической интерпретации микрообъекта. Замечания о детекторе. Детектор а кнацтоэомеханическом измерительном приборе является, как правило, макроскопической системой, находящейся н состоянии, настолько неустойчином, что для его изменения достаточно микропоздейстпия, иначе гоаоря, ноздейстаия со стороны чикрообъекта.
Чтобы микро- объект мог «обнаружить» себя перед наблюдателем, он должен вызвать целую «катастрофу», «нзрыи» н масштабах микроянлений. Примерами подобных «катастроф» являются такие события, как образояание капельки тумана а камере Вильсона нли пузырька н пузырьковой камере, химические процессы, охватывающие зерно фотозмульсии, лааинные процессы рождения вторичных электронов и фотоэлектронном умножнтеле и т.
п. «Наблюдаемый» микрообъект может погибнуть н нызванной им «катастрофе» (что происходит, например, при регистриронанин фотона а фотоэлектронном умножителе плн электрона на экране-детекторе). Однако возможна и более интересная ситуация, когда микрообъект как бы «поручает» вызвать катастрофу другим микро- объектам. Тань например, и камере Вильсона <наблюдаемый» электрон порождает при споем днижепии различные ионы, каждый из которых становится центром конденсации заполняющего камеру пересыщснного пара. Именно этн ионы вызывают «катастрофы», которые наблюдатель воспринимает как капельки тумана. Совокупность таких капелек образует тот след, который оставляет «наблюдасмый» электрон. Подчеркнем, что электронный след есть не что иное, как совокупность последовательно снершиашнхся макроскопических событий, сонокупиосгь «катастроф» на уровне микроянлений. 123 Потенциальные возможности и их реализация в процессе измерения.
Обсуждая смысл квантовомеханического принципа суперпозиции, мы приходим к ситуации, аналогичной той, которая ~имела место при обсуждении смысла корпускуля~рно-волнового дуализма (см. $ 5). В обоих случаях приходится отказаться от наглядной (класоической),интерпретации. В обоих случаях мы приходим к проблеме, связанной с потенциальными возможностями и их реализацией. Возможное и действительное — известные категории материалистической диалектики. Существующее между ними противоречие разрешается всякий раз,,когда потенциальная возможность тем или иным образом реализуется. Каждая конкретная ситуация характеризуется множеством потенциальных возможностей; реализуется же одна.
Процесс реализации необратим — как только он свершился, исходная ситуация качественно изменяется (одна,из возможностей реализуется за счет того, что все остальные имевшиеся ранее возмож~ности оказываются теперь исключенными). Реализовавшаяся возможность соответствует новой ситуации, обладающей, в свою очередь, новым~и потенциальными возможностями. Процесс разрешения противоречий между возможным и действительным оказывается, таким образом, неисчерпаемым. В классической механике (как и во всех теориях динамического типа) проблема различия возможного и действитель|ного не возникает, что связано с отсутствием в подобных теориях элементов случайного.
Эта ~проблема возникает в теориях статистического типа. Отмечавшийся ранее принципиально статистический характер квантовой механики, где элементы случай..ости присутствуют в поведении уже отдельного объекта, предопределяет важность проблемы возможного и действительного при ~рассмотрении,микрообъектов и микроявлений. Именно с точки э~репин разрешения противоречия между возможным и действительным и надо рассматривать процесс измерения в квантовой механике. Пребывание микрообъекта в суперпозиционном состоянии соответствует ситуации, когда микрообъект характеризуется определенным набором потенциальных возможностей.
Именно так следует интерпретировать квантовомеханический принцип суперпозиции состояний. В процессе взаимодействия миирообъекта с детектором [в процессе !24 (11.6)1 как раз и происходит отмеченное выше разрешение противоречия между, возможным и действительным— суперпозиция потенциально возможных альтернатив, разрушаясь, заменяется одной реализовавшейся альтернат~ивой.
Можно сказать, что «формула» измерительного акта [формула (11.6)] является математическим выражением процесса, ~в котором разрешается диалектическое противоречие между возможным и действительным. Акт этого разрешения носит характер необратимого,и неконтролируемого скачка. Заканчивая данный параграф, следует подчеркнуть, что п~роблемы ,интерференции амплитуд, суперпозиции состояний,,измерения не изолированы друг от друга, но составляют единое целое. Учитывая это,мы ~рекомендуем читателю сделать небольшую паузу, вернуться назад и еще,раз (хотя бы бегло) просмотреть $7 — 11„с тем чтобы получить некое общее представление о физических основах квантовой механики.
ЧИТАТЕЛЬ: Мне бы хотелось вернуться к вопросу о классической суперпозиции. Иногда мне приходит в голову крамольная мысль: а чем плоха такая суперпозиция? Во всяком случае, она более понятно объясняет явление интерференции, нежели суперпозиция амплитуд. Я отдаю должвое структуре квантовомеханических представлений, основанной на рабо.
те с амплитудами вероятностей, однако упомянутая мысль время от времени все же приходит в голову. АВТОР: Интерференцию классическая суперпозиция, конечно, объясняет. Но как быть с результатами опыта по «подглядыванию» за поведением микрообъекта в интерферометре (например, в случае экрана с щелями)? Опыт указывает на разрушение интерференции. Классическая интерференция этого разрушения не объяснит. ЧИТАТЕЛЬ: А вдруг все же возможно какое-то классическое толкование разрушения интерференционной картины? АВТОР; Нет, такое толкование принципиально невозможно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
