Учебник - Как понимать квантовую механику - Иванов М.Г. (1238820), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Некоторые из них ошибочно полагают, что эксперименты Аспекта запретили все такие теории (а не только локальные). Тем не менееу нас нет достаточных оснований полностью отметать нелокальные теориисо скрытыми параметрами. Они полезны, по меньшей мере, как альтернативный взгляд на известные факты, а причудливость таких теорий — лишний повод удивиться тому, как странно и как квантово устроена Природа.9.3.4. Принцип дополнительности Бора (фф)При обсуждении философских вопросов квантовой теории часто используется введённый в 1927 году Нильсом Бором принцип дополнительности.Согласно принципу дополнительности:• явления природы обладают дополнительными свойствами и допускаютдополнительные описания;• понятия (величины), использующиеся в рамках одного описания, определены одновременно и взаимно согласованы;• понятия (величины), использующиеся в рамках различных (дополнительных) описаний, могут быть одновременно не определены, за счёт чего дополнительные описания (дополнительные свойства) могут представлятьсяпротиворечащими друг другу;• понимание свойств системы требует использования дополнительных описаний.Принцип дополнительности является не физическим, а общефилософским принципом, поэтому:• принцип дополнительности имеет более расплывчатую формулировку,чем физические принципы;• в принцип дополнительности может вкладываться разное физическоесодержание;• можно изучать квантовую теорию, не используя принцип дополнительности;• принцип дополнительности можно применять вне квантовой теории.9.3.
И НТЕРПРЕТАЦИИКВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ( Ф )281В рамках квантовой теории принцип дополнительности может использоваться для объяснения следующих явлений:• дополнительность между унитарной эволюцией и измерением:– разрушение интерференции при наблюдении промежуточныхсостояний системы (дополнительность интерференции и знаниятраектории);– дополнительность классического наблюдателя и квантовой системы (необходимость классического наблюдателя для проведенияизмерения над квантовой системой в рамках копенгагенской интерпретации);• дополнительность одновременно не измеримых (некоммутирующих)наблюдаемых:– соотношения неопределённостей;– дополнительность (дуализм) волна-частица (плоская монохроматическая волна — состояние с определённым импульсом, локализованная в некоторой точке частица — состояние с определённойкоординатой).Иногда применение принципа дополнительности в физике приводит к путанице в терминологии.
Это происходит,когда сам принцип путают с его применением к тем или иным квантовым явлениям. Часто принцип дополнительностиотождествляют с соотношением неопределённостей. Более аккуратные авторы,отделяя соотношение неопределённостейот принципа дополнительности, могутограничивать принцип дополнительностью интерференции и знания траектории. Порой обсуждаются возможностиэкспериментальной проверки принципадополнительности.
Разумеется, при этомподразумевается не проверка самого общефилософского принципа дополнительности, а проверка несовместимости интерференции и знания траектории в техРис. 9.10. Герб Нильса Бора в замке Фредриксборг. На щите — древнекитайский символ «инь и янь»и латинская надпись, выражающаяидею Принципа дополнительности. Воспроизводится по Д. С. Данин, «Нильс Бор».282ГЛАВА 9случаях, когда для разрушения интерференции недостаточно размываниязначений координаты и/или импульса, вследствие соотношения неопределённостей11 .Принцип дополнительности также привлекался (в первую очередь самим Бором) вне квантовой теории:• дополнительность творческого мышления и рефлексии (нельзя творитьи одновременно отслеживать процесс творчества);• дополнительность истины и ясности (простота описания противоречитего строгости);• дополнительность сохранности системы и знания о ней.9.3.5.
За гранью копенгагенской интерпретации (фф)Копенгагенская интерпретация предоставляет достаточные условия для того, чтобы описывать систему на языке квантовой механики.В большинстве практических применений мыможем пользоваться копенгагенской интерпретацией и не забивать себе голову излишней философией. Однако естественно возникает вопрос, нельзя ли ослабить достаточные условияприменимости квантовой механики?Обсуждая парадоксы квантовой механики,мы включали в квантовую систему макроскопические объекты (в частности наблюдателей)и не получали противоречий.
Может ли кванРис. 9.11. Один из кандида- товая механика описывать макрообъекты?тов (наряду с мышью Эйн- А если к макрообъектам теория не применима,штейна) на роль наблюдате- то где границы её применимости? Со сколькихля для Вселенной в целом. песчинок начинается «куча»? Со скольких чаВ соответствии с принцистиц (или со скольких степеней свободы) объпами квантовой механики,такой наблюдатель не мог ект становится макроскопическим?Само собой эти вопросы важны с точбы быть всеведущим. [Codexки зрения понимания теории и её философии,Vindobonensis, 1250 г.
W]но в последние годы они становятся важными и с точки зрения практической физики. Физики учатся изучать мезоскопические системы на границе микро- и макромира. Создание хорошо11 Гринштейн Дж., Зайонц А., Квантовый вызов. Современные исследования основанийквантовой механики. — Долгопрудный: Интеллект, 2008. — Глава 4 «Принцип дополнительности».9.3. И НТЕРПРЕТАЦИИКВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ( Ф )283изолированных квантовых систем из нескольких тысяч частиц обещает создание квантовых компьютеров. Будут ли квантовые компьютеры работать,или их теория представляет собой выход за границы применимости квантовой механики?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,и 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 гравитации12 . 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).12 Хотя есть ряд кандидатов на роль квантовой теории гравитации, в число которыхвходят теории струн, супергравитация, М-теория, петлевая гравитация и др.
Также существуют непоследовательные квантовые теории гравитации, которые в некоторых условияхпозволяют предсказывать физические эффекты, но не являются самосогласованными теориями.284ГЛАВА 99.3.6. «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 системой может проводиться по-разному.Выше мы также двигали эту границу, рассматривая Кота Шрёдингера и Друга Вигнера.И если мы выше расширяли систему, тоРис. 9.12.
«Абстрактное Я»фон Неймана по версии прос- Иоганн фон Нейман13 сужал наблюдателя.пекта ФОПФ (1992).В систему могут включаться или не включаться прибор, стрелка прибора, глаз наблюдателя,часть мозга наблюдателя, занимающаяся обработкой зрительного сигнала . . . Соответственно? сам акт наблюдения производят: человеки прибор, сам человек (целиком), голова наблюдателя, мозг наблюдателя, отвечающая завысшую нервную деятельность кора головного мозга, и наконец, некоторое «абстрактноеЯ наблюдателя». «Абстрактное Я» при этомрассматривается как нечто, не имеющее матеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
