Основы квантовой физики

Из книги А.Никонова "Апгрейд обезьяны. Большая история маленькой сингулярности"

О вакууме:))))

Вселенная возникла из ничего за просто так
Непустая пустота

Да, это правда. Если, конечно, считать «ничевом» тот первичный бессобытийный вакуум, в котором возникла наша чудесная сингулярность – зерно Вселенной.

Между тем вакуум вовсе не «ничего». Вакуум не пустота, как многие полагают. С тех пор, как Дирак обозвал вакуум морем виртуальных частиц, мнение физиков о вакууме кардинально изменилось. Это раньше он был «пустым вместилищем вещей», а ныне превратился в представлении ученых в полноценную материю, пусть и с несколько необычными свойствами.

Вакуум представляет собой океан виртуальных, то есть никак не проявленных частиц. Частиц без всяких свойств! Частиц в особом, «нулевом» состоянии. Представить себе это непросто. Ведь если что-то никак не проявляет себя в этом мире, значит, оно не существует! Почему тогда физики говорят, что вакуум – море виртуальных частиц? Почему не табуреток? Не арбузов? Ведь и вакуумные табуретки, и вакуумные арбузы тоже никак не проявляют себя в этом мире! А дело в том, что вакуум постоянно «кипит» – виртуальные частицы все время на мгновение выныривают в реальность, то есть появляются из ничего и тут же исчезают. По закону сохранения заряда возникают частицы из вакуума только парами – частица вместе с античастицей, например, электрон – позитрон, протон – антипротон… Пары возникают и сразу схлопываются.

Схлопываются они так быстро, что «увидеть» их невозможно. Но можно успеть растащить. Если приложить к вакууму сильное электромагнитное поле, то можно растащить в разные стороны возникшие электрон и позитрон, прежде, чем они схлопнутся. Такие опыты были поставлены.

Был обнаружен еще один эффект, говорящий о том, что вакуум непрерывно порождает и съедает частицы. «Если вакуум действительно кипит, то электрон-позитронные пары, которые образуются вокруг реального атома, должны вносить небольшие коррективы в движение электрона по атомной орбите – экранировать заряд электрона от внешнего наблюдателя» – рассуждали физики. Эти эффекты были обнаружены экспериментально и названы лэмбовским сдвигом.

…Чует мое сердце, что вакуум преподнесет нам еще немало сюрпризов. Кажется, один он уже преподнес…



О принципе неопределенности и следствия из него для жизни:))))
Надо сказать, представления о Боге у последней волны верующих физиков и космологов сильно отличаются от традиционных. Они знают о Вселенной слишком много, чтобы их Бог был похож на Бога былых времен. В мир пришел новый Бог.

Не ревнивец. И не вседержитель. И не глобальный контролер. И не судья. Ему, вообще, похоже, глубоко плевать на мелких козявок, копошащихся на одной из планет, болтающейся вокруг третьестепенного желтого карлика на окраине одной из мириадов галактик. За последние 13 миллиардов лет он ни разу не вмешался и не оставил никаких видимых следов участия в делах Вселенной.

Это Бог, когда-то запустивший Вселенную и больше не вмешивающийся в течение событий в ней. Не только физики, но и современные биологи (они тоже не понаслышке знакомы с эволюцией!) отводят Богу роль весьма скромную, потому что прекрасно видят и понимают законы развития. И знают, что законов природы вполне достаточно для развития Вселенной и человека в ней. Генетик и лауреат Нобелевской премии Вернер Арбер заметил: «Бог создал нечто самоорганизующееся. Он был настолько хитер, что спланировал все так, чтобы ему незачем было вмешиваться».

Итак, здесь Бог не нужен. Все идет своим чередом, который раз и навсегда задан Им.

А Им ли? До этого вопроса мы скоро дойдем.

Впрочем, если даже Бог и запустил Вселенную, то предвидеть, как все будет в ней развиваться, он не мог. Просто потому, что создавая законы Вселенной, сам же создал знаменитый принцип неопределенности, который иначе называют принципом Гейзенберга. Принцип, который лежит в основе всех мировых случайностей и принципиальных непредсказуемостей. Об этом принципе мы еще поговорим подробнее, а сейчас отметим лишь, что, будучи открытым в начале XX века, он положил конец легендам о божественном всезнании. Во всяком случае, в глазах физиков. Создав принцип неопределенности, Бог сам себя ограничил.

Открытие этого принципа означало, что мир не фатален. И что в нем просто не содержится абсолютно точной информации о нем самом. Тогдашних физиков, выросших в парадигме ньютоновской механики, это потрясло. Даже Эйнштейн недоумевал: «Неужели Бог играет в кости?»

Это не значит, что Эйнштейн верил в Бога. В 1921 году Эйнштейн получил следующую телеграмму от нью-йоркского раввина Герберта Гольштейна: «Верите ли вы в Бога тчк оплаченный ответ 50 слов». Эйнштейн уложился в 24 слова: «Я верю в Бога Спинозы, который проявляет себя в закономерной гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах людей». Богом для Эйнштейна была природа.
Спиноза, упомянутый Эйнштейном, – мыслитель XVII века, который первым отождествил Бога с природой. Естественно, такая трактовка тогдашним попам (да и нынешним тоже) понравится не могла: слишком уж «никаким» выглядел в ней Бог. Что же останется от религии, а главное, от института церкви, если лишить Бога возможности карать и осыпать милостями тех, кто ему глянется или, напротив, несимпатичен.

Современные физики пошли дальше Спинозы с Эйнштейном. Один из теоретиков Большого взрыва Вайнберг рассудил: «Если Бог оцепенело застыл по ту сторону пространства и времени, если Бог устраняется от всего и вся, к чему едва прикасается наука, то почему бы вообще не отказаться от такого Бога? Бог и так уже изгнан наукой из всех уголков Вселенной и стоит едва различимой тенью у ее истоков… Нужно ли и дальше лицемерить и вмешивать в нашу Вселенную нечто никогда в ней не бывшее и нигде не существовавшее? Это же чистейшее лицемерие – приравнивать Бога к безличным законам природы!»

Великий австрийский математик Гедель в 1931 году доказал теорему о неполноте. Если строго математически, то звучит она так: «При определенных условиях относительно фундаментальной пары <L, Т>, не существует такой дедуктивной системы <Р, Р,d> над L, которая была бы одновременно полна и непротиворечива относительно <L,T>». Смешно, правда?

Чтобы было более понятно, можно переформулировать иначе: «В любом языке существуют истинные, но недоказуемые утверждения».

А если уж совсем по-простому, что называется, шершавым языком плаката, то так: в рамках любой теории всегда существуют неопределимые понятия, на которых строятся недоказуемые предположения (аксиомы). А уж с помощью аксиом дальше громоздится собственно теория – доказываются теоремы, леммы…

После теории относительности очередным ударом по здравому смыслу оказалась квантовая механика. Когда был открыт корпускулярно-волновой дуализм, не только физикам, но и философам пришлось долго чесать затылки. Выяснилось: частица в микромире ведет себя как волна, а волна – как частица. В микромире нет частиц и нет волн, а есть волночастицы. Вы столько раз слышали про это, вы так давно учили это в школе, что, возможно, значимость этого открытия ускользнула от вашего взора. Но сейчас вдумайтесь и удивитесь тому, чему безмерно удивились философы: частично-волновой дуализм стер границу между объектом и процессом.

Объект – это некое материальное тело. Объект, как правило, имеет массу, находится в какой-то точке или объеме пространства. В объект всегда можно ткнуть пальцем и сказать, как пелевинский Чапаев про лошадь: «Да вот же она, Петька!»

Процесс – это движение. Если Солнце – это объект, то излучение Солнцем электромагнитных волн – это процесс. Велосипед – объект. Езда на велосипеде – процесс. Кровь – это объект. Движение крови в организме – процесс. Пружина – объект. Колебания пружины – волновой процесс.

Волна – это в чистом виде процесс. Процесс колебания мелких частичек среды, по которой, собственно, и бежит волна. И в этом смысле волна – в определенной степени иллюзия! Молекулы и массы воды в море синхронно и ритмично движутся вверх-вниз, создавая иллюзию бегущей по горизонтали волны. «На самом же деле» частички воды никуда не бегут, просто колеблются на месте по вертикали, но поскольку движение их ритмично согласовано, то кажется, что массы воды бегут из моря к берегу… Я не зря взял «на самом деле» в кавычки. Мы же с вами помним, что никакого «самого дела» нет. И поэтому волны есть! Можно считать их кажимостью, а можно реальностью. На вкус и на цвет, как говорится, товарищей нет. Но если вы профессионально занимаетесь физикой волновых процессов, удобнее считать волны существующими. Да и трудно посчитать несуществующей волну, которая сбивает с ног, лупит камнями по ногам и норовит утащить вас в море!

…Слушайте, я вас не очень запутал? Ладно, больше не буду…

Итак, процесс – это движение объектов.

Объект – это не процесс, а процесс – это не объект. Все вроде бы ясно.

И вдруг выясняется, что в микромире объект – это процесс, а процесс – это объект. Электрон, который объект, одновременно и волна, которая процесс. Как такое можно понять?

Объект – материя. Процесс – движение материи. Дуализм весьма прозрачно намекнул философам, что материя и движение находятся в очень близком родстве. Материя может существовать только в движении. А поскольку для движения «нужно место», то, по всей видимости, материя, движение и пространство – всего лишь три проявления, три ипостаси чего-то одного, как реверс, аверс и ребро – три проявления одной монеты. Чего же?.. Ой, придумайте название сами, вы же умные ребята. А когда к названию привыкнете, возникнет иллюзия понимания. Обозвать предмет или явление – сделать первый шаг к его пониманию…

Короче говоря, принцип совмещения несовместимого в науке назвали принципом дополнительности. Принцип дополнительности – это когда одну реальность описывают две взаимоисключающие теории. И обе дают верные результаты. Мир оказался глубже человеческой логики. Но логика оказалась хитрее… Иногда нужно рассматривать свет как электромагнитную волну, а иногда как частицы – фотоны. В зависимости от условий эксперимента. И от того, какой результат вы хотите получить.

Принцип дополнительности работает не только в физике. Он работает во многих науках. В психологии, например, можно использовать модель Фрейда, который считал, что все беды в нас от нереализованной сексуальности – это называется психоанализ. А можно использовать активный анализ. А можно гештальт-анализ. А можно хаббардовскую дианетику. Или метод регрессии. Или… Неважно, какую теорию, объясняющую человеческое поведение, вы используете, важен результат, который вы хотите получить. Потому что главное в психологической теории – не объяснение, почему человек поступает так или иначе, а практический результат – удалось вам добиться от клиента положительной динамики или нет. Теории могут противоречить друг другу. Главное – результат. Есть результат – теорию можно считать правильной (или «истинной», в зависимости от вашего вкуса к словам). А ошибочной теорией называется та, которая результатов не дает.

В XX веке ученые поняли, что они – не искатели Истины, а просто производители информационных моделей. Модели меняются, постоянно уточняются, а животные человеческие потребности, для удовлетворения которых строятся эти модели, остаются. Модель электромагнетизма позволила осветить дома электролампочками и облегчить труд с помощью электромоторов. А также создать системы связи и телевидение с «мыльными» сериалами, над которыми любят поплакать женщины среднего возраста с неудавшейся судьбой… Психологические модели позволяют зарабатывать психотерапевтам… Модели поведения упругих тел (сопромат) позволяют строить дома, в которых наше животное тело укрывается от непогоды…

Впрочем, о животных потребностях чуть ниже, а сейчас еще о двух принципах, важных для понимания мироздания – принципе неопределенности и принципе нормального распределения.

Глава 6. Очень неопределенный принцип

Принцип неопределенности открыл немецкий физик Вернер Гейзенерг, поэтому иногда этот принцип еще называют принципом Гейзенберга. И справедливо! Это, наверное, самое великое открытие человечества. Вот что он гласит:


Как видите, очень простая в написании формулка. Простая, как все гениальное. «Аш с черточкой» – это постоянная Планка, равная 6,626·10^–34 Дж-с. «Дельта икс» – это неопределенность координаты элементарной частицы. «Дельта пэ» – неопределенность импульса частицы. Треугольный значок «дельта», собственно, и обозначает «неопределенность». Неопределенность – это неизвестность в самом прямом смысле этого слова. Поймите сказанное! Неизвестность введена физиками в формулы, описывающие наш мир. Потому что неизвестность имманентно присуща нашему миру. Неизвестность – один из принципов построения мира.

Формула Гейзенберга говорит, что мы не можем одновременно знать точную координату частицы и ее скорость (импульс, то есть произведение скорости на массу). Но зато мы можем варьировать свое незнание, предпочесть, что нам знать важнее – скорость или координату! Посмотрите внимательно на формулу – если мы каким-то образом точно узнаем местоположение частицы в пространстве (неопределенность координаты будет стремиться к нулю), то «дельта пэ» в этом случае будет стремиться к бесконечности, ведь их произведение – постоянная величина. Постоянная Планка.

Первый вывод: в микромире нет траекторий, по которым движутся частицы. Потому что частицы «размазаны» в пространстве. формула, описывающая это размазанное поведение частицы, называется волновой функцией. Волновая функция показывает, с какой вероятностью мы можем обнаружить частицу в данном конкретном месте. Волновая функция по сути описывает не частицу, а «размазанную вероятность».

…Здесь вот что очень важно понять – у нас нет точной информации о частице не потому, что мы еще не изучили чего-то, а потому, что этой информации нет в самой структуре материи! Частица «сама не знает», где она и что с ней. В микромире нельзя ничего предсказать заранее, можно лишь вычислить вероятность наступления того или иного события.

Мир состоит из непредсказуемых кирпичиков-частичек. И поэтому мир непредсказуем. Не фатален. Случайностен. Флуктуация лежит в основе мира.

Но если мир случаен в своей основе, почему тогда существуют физические законы? Законы Ньютона… Закон Кулона… Второе начало термодинамики? Закон Ома? Закон всемирного тяготения? Законы газовой динамики? Почему они выполняются не от случая к случаю, а всегда? Где же непредсказуемость? Она в микромире.

А в макромире поведение массивных тел, состоящих из триллионов частиц, в простых случаях взаимодействия вполне предсказуемо. Почему? Да потому что в микромире вероятность наступления разных событий разная. Волновая функция говорит: вероятность обнаружить частицу ТУТ, а не ТАМ составляет, скажем, 90%. Или, что то же самое, 90% всех частиц будут находиться ТУТ, а не ТАМ. Это значит, что процесс с огромным числом частиц пойдет именно в том направлении, в каком движется большинство из них. Именно неравномерность распределения вероятности создает направленные процессы. Направленные, значит, необратимые. Необратимые процессы создают иллюзию стрелы физического времени, которое, как известно, необратимо. Но необратимо не само время, разумеется («отдельно» времени не существует), необратимы просто проходящие в пространстве физические процессы. Человек старится, египетские пирамиды разрушаются, Солнце когда-нибудь погаснет.

Тем не менее все равно существует некая отличная от нуля вероятность, что чайник, поставленный на плиту, вместо того, чтобы вскипеть, замерзнет. Однако она столь исчезающе мала, что практически можно сказать: Второе начало термодинамики НИКОГДА не нарушается – тепло ВСЕГДА передается от более нагретых тел к менее нагретым. Хотя теоретически, конечно, все физические законы носят статистический характер. То есть вдруг могут и не исполниться на секундочку. Но скорее вы выиграете в лотерею сотню миллиардов долларов даже не купив лотерейного билета, чем кирпич вдруг, вместо того, чтобы упасть вниз, полетит вверх.

Ага! – скажете вы. Значит, макромир все-таки предсказуем! А ты говорил, что мир не фатален!

Отвечаю. Я не зря написал «в макромире поведение массивных тел, состоящих из триллионов частиц, в простых случаях взаимодействия вполне предсказуемо». У меня был сильный соблазн облегчить фразу, выкинув «в простых случаях взаимодействия». Но я не стал этого делать. Потому что физические законы – это идеальные модели, которые работают идеально только в идеальных условиях. Это раз. И два – в случаях реальных, сложных, многофакторных взаимодействий многих тел, полей и явлений предсказать что-либо бывает весьма затруднительно. Кто-нибудь с точностью до 100% предсказывал погоду или цены на нефть? То-то же.

Мир не фатален. Сложные системы, то есть те, которые описываются не простенькими формулами физических законов, какие мы все с тем или иным успехом проходили в школе, а нелинейными дифференциальными уравнениями… такие системы ведут себя как трудно- или вовсе непредсказуемые. Почему? Ведь вероятность поведения частиц в микромире распределена неравномерно – что-то более вероятно, что-то менее, а значит, большинство частиц ведут себя ТАК, а не ИНАЧЕ. Это, как мы уже поняли, и позволяет работать физическим законам.

А потому сложные системы труднопредсказуемы, что в некоторых из них при определенных обстоятельствах малое воздействие может привести к большим результатам. Если система находится в неустойчивом равновесии, как карандаш, стоящий на острие, любой случайный толчок в ту или другую сторону уведет систему из состояния равновесия, и ситуация начнет развиваться либо в одну сторону, либо в другую. Если вы направляете бильярдный шар на остроугольный предмет, то в зависимости от случайных крохотных изменений его траектории, шар может после удара покатиться либо влево, либо вправо. Микроизменение может кардинально поменять судьбу макрообъекта. А микроизменение – это изменение на уровне микромира, то есть отдельных непредсказуемых частиц.

Сложные системы живут по законам странных аттракторов. Аттрактор – это колебательная математическая функция. Странный аттрактор – это колебательная функция с необычным поведением. Развиваясь, аттрактор выходит на какой-то устойчивый режим и начинает колебаться вокруг точки равновесия. А потом вдруг, в какой-то момент по непонятной причине резко срывается, улетает и начинает колебаться уже вокруг другой точки равновесия. Точки улета назвали точками бифуркации. Точка бифуркации – это такая точка, малое случайное воздействие в которой может выбросить систему очень далеко. Странное поведение, правда? Потому такие функции математики и назвали странными аттракторами.

Типичные сложные системы, живущие, как странный аттрактор – человеческий организм, биоценоз, социальная система… Вдруг появляется Наполеон, и страна начинает развиваться в ином направлении… Вдруг какая-то случайность, нервный срыв выводит ослабленный организм из точки равновесия, и он скатывается в другую «лунку» – человек заболевает раком… Но наполеоны и нервные срывы опасны только тогда, когда системы находятся в точке бифуркации, то есть колеблются в состоянии неустойчивого равновесия, ожидая малейшего толчка. Для систем устойчивых никакие нервные срывы и гитлеры нестрашны, их не так-то просто выбить из потенциальной ямы. Вот вам и ответ на вопрос, может ли гений изменить историю? Может, если будет действовать в точке бифуркации, когда страна на перепутье.

Честно говоря, чуть выше я немножко неправильно написал – «неустойчивое равновесие». Правильно было бы сказать «неустойчивое неравновесие». Потому что живая система – будь то страна, или организм, или вид – вовсе не находятся в состоянии равновесия со средой! Разговоры о том, чтобы жить в равновесии с природой, – безграмотные бредни. В равновесии со средой находятся только покойники. И то когда окончательно разложатся. Живой организм со средой борется ежемгновенно. Среда старается снивелировать систему до полного ее растворения. Это происходит в полном соответствии со Вторым началом термодинамики, которое гласит: «В закрытых системах энтропия не убывает». Энтропия – это мера хаоса, дезорганизации. А организованная живая система всячески противостоит энтропийному давлению среды. Она борется за свою выделенность из среды, тратит на это энергию, которую черпает из той же среды, отнимая в конкурентной борьбе у других живых систем…

Так что правильнее говорить о живых системах – «устойчивое неравновесие» и «неустойчивое неравновесие». Неустойчивое неравновесие – это и есть точка бифуркации. Устойчивое неравновесие – обычный, «штатный» режим функционирования системы.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Принцип неопределенности Гейзенберга





Наблюдение влияет на предмет наблюдения.
(когда вы смотрите на что то вы изменяете это)

принцип неопределенности Гейзенберга для химии живого вещества
В.А. Перцов
Harvard University Cambridge, U.S.A.

Гейзенберговский принцип неопределенности может быть описан как невозможность «подглядывания в Природу» без того, чтобы не потревожить ее. Когда мы опускаемся до мельчайших частиц, в физике, то даже лишь простой факт наблюдения нарушает условия, в которых находится частица.

Аналогия может помочь визуализировать эту трудность. Предположим, некто хочет измерить расстояние между двумя пушечными ядрами, покоящимися на плоской горизонтальной поверхности. Имеется достаточная сила тяжести, чтобы предотвратить ядра от движения, когда измерительная линейка слегка приложена. В этом случае, измерение возможно. Теперь, предположим, что измерения должны быть сделаны в (космическом) пространстве, где нет гравитационного поля. От простого прикосновения шары начнут движение и в вакууме продолжат свое движение. Здесь измерение становится невозможным. Та же ситуация будет в результате использования предельно малых ядер.

Еще одна иллюстрация, уже использованная многими авторами, может быть взята из совершенно другой сферы. Предположим мы хотим определить цвет субстанции, которая выцветает, когда оказывается на свету. Здесь мы снова встречаемся с той же самой трудностью: использование нашего инструмента для измерения нарушает равновесие предмета нашего эксперимента.

Эти сложности, без сомнения присущие нашим пространственно-временным определениям, ощущаются порой в аналогичной манере исследователями химии живого вещества. Действительно, некоторые субстанции, которые могут попасть в руки биохимиков экстраординарно чувствительны и трудны для измерений. Проблема даже шире, так как биохимия есть только инструмент, который используется, чтобы приобрести понимание живой материи.

Среди подходов к этому вопросу, используемых в настоящее время, находится физиология, которая унаследовала свои методы из медицины. Она процветает на необычной устойчивости жизни и способности организма компенсировать любую потерю и его умение переустановить любое нарушенное равновесие. Она использует нож исключительно редко и с величайшим благоразумием.

Еще один метод в сущности состоит из первого метода, связанного с физикой и химией, но только формально. С физической точки зрения он всецело уникален. Он включает изолирование и изучение того, что уже является изолированным самой Природой. Это утверждение может показаться немного парадоксальным, но как во всех важных достижениях, его простота есть его достоинство.

Кровь, будучи изолированной в венах и артериях является уникальным полем для подобного подхода. Она может быть получена и изучена мощными методами физической химии с уверенностью, что это часть живой материи. В менее решительном направлении, этот метод расширен до изучения индивидуальных мышц и нервов.

Последний метод является давно известным. Это метод разрушения. Я почти готов сказать, что он неизбежен в наших пространственно-временных координатах. Возможно, это так. В любом случае он присущ в нашей любознательности и рано проявляется желанием разбирать часы или велосипед. Метод ребяческий по своей простоте, а потому очень действенный. Он имеет больше приверженцев, чем любой другой метод. С точки зрения классической физики (я имею в виду физику последнего 19 века) это звучит экстремально.

Его природа может быть суммирована в нескольких словах: разложить все элементы, из которых основывается живая материя и после изучения их природы, собрать их вновь вместе. Этот метод на первый взгляд, как будто, не имеет ограничений: все части могут быть разъединены и все могут быть соединены вместе. Первая часть этого подхода обогащена многочисленным и интересным материалом, но вторая половина, «собрать все вместе» прогрессирует, но мало. Нет сомнения, сложность частично лежит в недостаточном знании разных частиц, составляющих живую материю, но мы подозреваем, что значительный источник неопределенности возникает из слишком неумолимых методов, используемых в их дезинтеграции. Имеется слишком много «недостающих связей», о которых мы знаем мало или совсем ничего.

Эффективность оценочных сущностей зависит от нашей восприимчивости. Мы достаточно хорошо наделены в этом отношении. Экстремально малое количество света достаточно, чтобы стимулировать наши оптические центры. Присутствие нескольких молекул достаточно, чтобы стимулировать наш орган обоняния. При надлежащей тренировке мы могли бы, вероятно, выполнять значительную часть органического анализа просто по запаху. В этом отношении достижения самых известных дегустаторов вина оценены по достоинству.

С помощью подходящих механических устройств мы очень расширили наши наблюдательные возможности. Нет сомнения, мы можем видеть и измерять путь отдельного электрона. За последние пятьдесят лет открыты многие явления, существование которых никогда даже не предполагалось.

Принцип неопределенности применяется к нам простым фактом того, что мы принадлежим к материальной системе. Это утверждение оставляет широкую брешь между тем, что известно о биохимических субстанциях и тем, что может быть установлено из атомной физики. Однако было бы полезно визуализировать, что может быть сделано методом «разъединения частей и соединения их затем вместе». Очевидно, в этом случае, что все вещи не могут быть разъединены без их модификации, так как мы имеем дело с элементарными частицами, к которым принцип Гейзенберга полностью применим.

Давайте рассмотрим обратный процесс: синтез. За это биохимики без сомнения ответственны.

В детстве многие из нас практиковали изысканное искусство построения высоких башен из кубиков. Насколько позволяет судить мой персональный опыт, эти попытки заканчивались следующим образом. Желание построить башню выше и выше с последним кубиком приводило к обрушению целой конструкции. И, наоборот, отнятие единственного кубика из вершины высокой башни часто приводило заканчивалось тем же результатом.

Финальные стадии синтеза живой материи могут привести к ситуации очень похожей на только что описанную. Не модифицирует ли последний атом, который мы добавляем, всю цельную конструкцию в неконтролируемую сторону? Или, в более общих терминах, не приведет ли наша попытка воздействовать или модифицировать к изменению в системе, которое не может быть измерено? Факт, что мы построили, не обязательно означает, что мы знаем, как мы это сделали.

Принцип Гейзенберга и явные физические неопределенности, которые противоречат современной физике, могут иметь прямое значение для изучающего живую материю. Отсутствие детерминизма в любом описании феномена жизни может быть в реальности присуще нашему способу наблюдения физического мира.

источник

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

попытка убить Жизнь Вселенной:



Канадские ученые провели эксперимент, который поставил под сомнение справедливость принципа неопределенности Гейзенберга, согласно которому, у одной частицы невозможно одновременно точно измерить два параметра ее движения. Но с помощью метода "слабых" измерений физикам это удалось.

Про знаменитый принцип неопределенности существует одна весьма остроумная шутка. Представьте себе ситуацию: специалиста по квантовой физике останавливает на шоссе полицейский и спрашивает: "Вы знаете, как быстро вы ехали, сэр?" На что физик отвечает: "Нет, но я точно знаю, где я!" Многие утверждают, что этот анекдот и есть самая лучшая формулировка гейзенберговского умозаключения.

Однако если перейти от шуток к текущей реальности, то следует вспомнить, что этот самый принцип, сформулированный немецким физиком Вернером Гейзенбергом в 1927 году, до сих пор является одним из краеугольных камней квантовой механики. Коротко его можно изложить так: любая попытка измерения положения частицы меняет ее импульс, следовательно, оба этих параметра не могут быть измерены одновременно с неограниченной точностью. Впрочем, Гейзенберг считал его справедливым для любой попытки одновременного описания пары свойств квантовых объектов.

При этом следует заметить, что этот принцип был открыт вовсе не от хорошей жизни. Когда ученые погрузились в изучение механики движения элементарных частиц в атомах, они постоянно ловили себя на том, что им не удается сразу определить и угловую скорость (импульс), и местоположение электрона. Более того, эта задача оказалась нерешаемой и даже теоретически, если действовать с позиций классической физики.

И вот молодой теоретик Вернер Гейзенберг, исследуя эту проблему, пришел к парадоксальному умозаключению: подобное не получается потому, что сам акт измерения может влиять на исследуемое свойство частицы. Приведем простой пример. Допустим, ученому нужно зафиксировать пространственное местонахождение электрона. Для этого он выпускает в атом квант света (то есть фотон), который натыкается на электрон, и это событие тут же фиксируется детектором (поскольку при этом будет вспышка света). Местоположение объекта, таким образом, оказывается определенным, а вот об импульсе электрона в рамках данного эксперимента уже сказать ничего нельзя, поскольку фотон, столкнувшись с электроном, изменил его значение.

Рассуждая подобным образом, Гейзенберг даже вывел формулу, которая давала общее описание эффекта воздействия инструментов измерения на измеряемые объекты микромира. И она полностью подтвердила его предположение. В результате исследованиями коллеги заинтересовался сам Нильс Бор, который в том же году сформулировал так называемую Копенгагенскую интерпретацию квантовой механики, говорившую о том, что принцип неопределенности является непреложным законом мироздания на микроуровне.

Из нее следовало, что физическая Вселенная существует не в детерминистичной (то есть полностью определенной) форме, а скорее как набор вероятностей, или возможностей. Сторонники Копенгагенской интерпретации часто приводят такой пример: параметры изменения светового пучка, произведенного миллионами фотонов, дифрагирующими через щель, может быть вычислена при помощи квантовой механики, но точный путь каждого фотона не может быть предсказан никаким известным методом (а Бор настаивал еще и на том, что это вообще принципиально невозможно).

Именно таким образом физики превратили ясную и четкую физическую картину мира (каким его видел, например, Ньютон) в расплывчатый набор вероятностных состояний и одновременно определили предел познания человеком законов мироздания. Не удивительно, что многие ученые сразу же восстали против этого. Например, Альберт Эйнштейн, который сразу же подверг сомнению справедливость такой интерпретации, выразился по поводу нее весьма категорично: "Бог не играет в кости". Великий ученый полагал, что невозможность вычисления двух параметров одной частицы происходит из-за того, что все время или неправильно ставится эксперимент, или не учитываются какие-то неизвестные пока переменные.

Впрочем, Нильс Бор (который дал коллеге достойный ответ: "Дорогой Альберт, не надо указывать Богу, что ему следует делать") убедительно доказал, что дело тут не в постановке эксперимента и не в неполноте расчетов, а в том, что открытый Гейзенбергом принцип действительно является фундаментальным законом Вселенной. И хотя эта дискуссия продолжается последователями великих ученых до сих пор (точку зрения Бора развивает Роджер Пенроуз, а Эйнштейна — Стивен Хокинг), все-таки большинство теоретиков приняли Копенгагенскую интерпретацию как рабочую гипотезу. Они согласились считать ее верной до тех пор, пока не будет доказана возможность нарушения принципа неопределенности.

И вот, похоже, это все-таки случилось. Группа физиков из Торонто, которыми руководит профессор Ли Розема, продемонстрировала способ, с помощью которого можно непосредственно измерить оба состояния частицы с достаточно большой степенью точности. Исследователи применили метод, который был разработан еще в прошлом веке, однако эффективно был применен лишь в прошлом году, — так называемые "слабые измерения".

Суть этой методики состоит в том, что она позволяет собрать информацию о наблюдаемой величине, не оказывая существенного влияния на эволюцию квантовой системы. В реальности это выгляди так: при охлаждении жидким гелием ученым удается получить отдельные кванты света, которые после направляются в оптоволокно с внутренним светоделителем. Выходы из него соединяются с отдельными отрезками оптоволокна. За волоконными световодами устанавливался "экран" — ПЗС-камера.

Ключевым участником этого эксперимента является тонкий двоякопреломляющий кристалл кальцита CaCO3. Фотоны, выходящие из оптоволокон, налетали на этот кристалл под углом, зависящим от их поперечного импульса, а кальцит слегка изменял их поляризацию, причем это изменение также зависело от импульса. Таким образом впервые была продемонстрирована возможность достаточно точно измерить два параметра элементарной частицы одновременно (поскольку амплитуда вращения плоскости поляризации оставалась небольшой).

Так вот, группа Роземы еще более модифицировала данный метод. "Мы разработали аппарат для измерения свойства фотона — в частности, его поляризации. Затем мы определили, насколько сам фотон повлиял на аппарат. Чтобы сделать это, нам надо было измерить фотон до взаимодействия с измерительным прибором, но само это измерение также нарушало состояние фотона", — так пояснил суть модификации сам профессор Розема.

Но как же это выглядело в реальности? На самом деле, достаточно просто. Еще до того, как каждый фотон был направлен в классическое измерительное устройство (дифракционную щель), исследователи измеряли его при помощи вышеописанной техники "слабого измерения", а после измеряли повторно, сравнивая полученные результаты. В итоге оказалось, что возмущение, внесенное самим измерительным прибором, было весьма и весьма мало и им запросто можно было пренебречь.

"Каждый фотонный выстрел давал нам совсем немного информации о возмущении, но многократно повторяя эксперимент, мы смогли получить очень точное представление о том, насколько менялось квантовое состояние фотонов", — прокомментировал результаты опытов Ли Розема. При этом он подчеркнул, что хоть в данной работе и была продемонстрирована возможность точного измерения двух параметров частицы, однако для того чтобы полностью отказаться от принципа неопределенности и Копенгагенской интерпретации, нужно проделать еще много подобных исследований.


источник

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Принцип неопределенности Гейзенберга
Невозможно одновременно с точностью определить координаты и скорость квантовой частицы

Цитаты.
Невозможно точно измерить скорость и местоположение элементарной частицы. Чем точнее вы измеряете одно, тем неопределеннее становится другое. Но есть аппаратная ошибка измерения, есть нарушение, вносимое измерением в состояние частицы, и есть неопределенность, имманентно присущая миру квантовых систем, которая не зависит от измерения.


Только эта точка зрения позволяет объяснить все результаты экспериментов и у нее только один недостаток - она абсолютно непонятна - в том смысле, что мы не можем применить практически никаких аналогий из нашей жизни.
Квантовая механика на основе точки зрения Бора отвергается людьми, так как она противоречит "здравому смыслу". Она предполагает:
1)корпускулярно-волновой дуализм (неделимый электрон может одновременно пройти через два отверстия);
2)коллапс волновой функции - мгновенный переход квантового объекта из одного состояния в другое (в частности, при взаимодействии с прибором);
3) Боюсь отпугнуть всех от квантовой механики, но она еще предполагает нелокальность - мгновенное действие на расстоянии - но об этом лучше не задумываться.
Фейнман говорил: Если квантовая механика не потрясла тебя - ты ее еще не понял.


В квантовой механике соотношение неопределённости возникает между любыми переменными состояния, определяемыми некоммутирующими операторами. Кроме этого принимается, что для частиц по крайней мере отчасти справедлив корпускулярно-волновой дуализм. В таком приближении положение частицы определяется местом концентрации соответствующей частице волны, импульс частицы связывается с длиной волны, и возникает наглядная аналогия между отношениями неопределённости Гейзенберга и свойствами волн или сигналов. Положение является неопределённым настолько, насколько волна распределена в пространстве, а неопределённость импульса выводится из неопределённости длины волны при её измерении в разные моменты времени. Если волна находится в точечноподобной области, её положение определено с хорошей точностью, но у такой волны в виде короткого волнового цуга отсутствует определённая длина волны, характерная для бесконечной монохроматической волны.

ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ

Принцип, который Бор назвал дополнительностью,— одна из самых глубоких философских и естественнонаучных идей нашего времени, с которой можно сравнить лишь такие идеи, как принцип относительности или представление о физическом поле. Его общность не позволяет свести его к какому-либо одному утверждению — им надо овладевать постепенно, на конкретных примерах. Проще всего (так поступил в свое время и Бор) начать с анализа процесса измерения импульса р и координаты х атомного объекта.

Нильс Бор заметил очень простую вещь: координату и импульс атомной частицы нельзя измерить не только одновременно, но вообще с помощью одного и того же прибора. В самом деле, чтобы измерить импульс р атомной частицы и при этом не очень сильно его изменить, необходим чрезвычайно легкий подвижный «прибор». Но именно из-за его подвижности положение его весьма неопределенно. Для измерения координаты х мы должны поэтому взять другой — очень массивный «прибор», который не шелохнулся бы при попадании в него частицы. Но как бы ни изменялся в этом случае ее импульс, мы этого даже не заметим.

Принцип неопределённости часто неправильно[источник не указан ] понимается или приводится в популярной прессе. Одна частая неправильная формулировка в том, что наблюдение события изменяет само событие. Вообще говоря, это не имеет отношения к принципу неопределённости. Почти любой линейный оператор изменяет вектор, на котором он действует (то есть почти любое наблюдение изменяет состояние), но для коммутативных операторов никаких ограничений на возможный разброс значений нет.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

http://www.nanonewsnet.ru/articles/2...P675A.facebook
Физики уточнили принцип неопределенности Гейзенберга

• Просмотр
• What links here

Опубликовано ssu-filippov в 18 октября, 2012 - 00:00 Вернер Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности в 1927 году.
Вернер Гейзенберг, открывший в 1927 году свой знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга, был, оказывается, слишком пессимистичен, когда оценивал уровень этой неопределенности. К такому выводу пришли физики из Университета Торонто, проверив, что происходит с частицей после того, как она была подвергнута акту измерения.
Напомним: согласно принципу неопределенности Гейзенберга (справедливости ради отметим, что первым об этом замечательном принципе догадался Нильс Бор, но то ли по занятости, то ли из вежливости, то ли еще почему подарил догадку своему ученику и коллеге, который и довел ее до уровня основополагающей истины) невозможно точно измерить скорость и местоположение элементарной частицы. Чем точнее вы измеряете одно, тем неопределеннее становится другое. Но есть аппаратная ошибка измерения, есть нарушение, вносимое измерением в состояние частицы, и есть неопределенность, имманентно присущая миру квантовых систем, которая не зависит от измерения.
До сих пор эти две последних неопределенности часто путали.
Физики из Торонто создали установку, позволяющую измерять поляризацию одного фотона. С ее помощью они хотели понять, насколько измерение нарушает его квантовое состояние.

«Для этого нам нужно было измерить поляризацию фотона до того, как установка своим измерением вмешается и изменит это состояние, – говорит профессор Ли Розема, возглавляющий исследование. – Проблема состояла в том, что и это предварительное измерение тоже изменит состояние фотона».

Разрешить эту проблему физики смогли с помощью методики под названием «слабое измерение», когда измерение очень слабо воздействует на то, что оно измеряет. При этом, правда, получаемая информация оказывалась мизерной, однако ее можно увеличить, повторяя эксперимент множество раз и таким образом набирая статистику. Перед тем как послать фотон в измерительную установку, исследователи «слабым образом» измеряли его состояние, а потом проделывали с ним то же самое на выходе из установки.
Рис. 1. Дилан Малер (слева) и Ли Розема ставят свой эксперимент с уточнением принципа неопределенности Гейзенберга // Dylan Mahler.
Многократно бросая мимолетный взгляд на фотон «до» и «после», они в конце концов выяснили, что

вмешательство измерения оказывает намного меньшее воздействие на фотон, чем того требовали математические выкладки Гейзенберга.
Их результаты больше соответствовали новому соотношению «измерение-нарушение», математически выведенному в 2003 году японским теоретиком Масанао Оцавой из Нагойского университета. С тех пор никто не мог проверить его выкладки экспериментально.
Результаты работы опубликованы в Physical Review Letters и были представлены на годовой конференции Общества физиков-оптиков, которая проходит в Рочестере (штат Нью-Йорк, США) на этой неделе.

«Нарушение, которое мы обнаружили, – говорит Розема, – оказалось много меньше того, которое люди наивно приписывали принципу Гейзенберга».

Сам принцип Гейзенберга, к счастью, так и остался непоколебимым, и квантовая механика не пострадала.
По словам Роземы, определяемая этим принципом неопределенность не есть результат измерения, она представляет собой внутреннее свойство субатомных частиц, состояние которых более обусловлено вероятностью.






1. gazeta.ru

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Квантовая телепортация

«Если нельзя измерить, то можно переслать»

Юджин Ползик провел для «Ленты.ру» ликбез по квантовой телепортации


Кадр из сериала «Star Trek»

В июне 2013 года группе физиков под руководством Юджина Ползика удалось провести эксперимент по детерминистской телепортации коллективного спина 1012 атомов цезия на полметра. Эта работа попала на обложку Nature Physics. Почему это действительно важный результат, в чем заключались экспериментальные сложности и, наконец, что такое «детерминистская квантовая телепортация» «Ленте.ру» рассказал сам профессор и член исполнительного комитета Российского квантового центра (РКЦ) Юджин Ползик.

«Лента.ру»: Что такое «квантовая телепортация»?

Чтобы понять, чем квантовая телепортация отличается от того, что мы видим, например, в сериале Star Trek, нужно понимать одну простую вещь. Наш мир устроен таким образом, что, если мы хотим что-то узнать о чем угодно, то в мельчайших деталях мы всегда будем делать ошибки. Если мы, допустим, возьмем обычный атом, то одновременно измерить скорость движения и позицию электронов в нем не удастся (это то, что называется принципом неопределенности Гейзенберга). То есть нельзя представить результат в виде последовательности нулей и единиц.

В квантовой механике, однако, уместно задать такой вопрос: даже если результат нельзя записать, то, может быть, его все равно можно переслать? Этот процесс пересылки информации за пределами точности, допустимой классическими измерениями, и называется квантовой телепортацией.

Когда впервые появилась квантовая телепортация?

Юджин Ползик, Профессор института Нильса Бора, Университет Копенгагена (Дания), член исполнительного комитета Российского квантового центра

B 1993 году шесть физиков — Беннет, Броссар и другие — написали в Physical Review Letters статью (pdf), в которой и придумали замечательную терминологию для квантовой телепортации. Замечательную еще и потому, что на публику эта терминология с тех пор оказывает исключительно положительное влияние. В их работе протокол передачи квантовой информации был описан чисто теоретически.

В 1997 году была осуществлена первая квантовая телепортация фотонов (на самом деле экспериментов было два — группы Заиллингера и Де Mартини; Заиллингера просто больше цитируют). В работе они телепортировали поляризацию фотонов — направление этой поляризации суть квантовая величина, то есть такая величина, которая принимает различные значения с разной вероятностью. Как оказалось, измерить эту величину нельзя, а вот телепортировать можно.
Тут надо вот что учесть: в экспериментах Заиллингера и Де Mартини телепортация была вероятностной, то есть работала с некоторой вероятностью успеха. Им удалось достичь вероятности не меньше 67 (2/3) процентов — то, что по-русски уместно назвать классическим пределом.

Телепортация, о которой идет речь, получила название вероятностной. В 1998 году мы в Калифорнийском технологическом институте сделали так называемую детерминистскую телепортацию. У нас телепортировались фаза и амплитуда светового импульса. Они, как говорят физики, так же как скорость и местоположение электрона, являются «некоммутирующими переменными», поэтому подчиняются уже упоминавшемуся принципу Гейзенберга. То есть не допускают одновременное измерение.

Атом можно представить себе в виде маленького магнита. Направление этого магнита и есть направление спина. Управлять ориентацией такого «магнита» можно с помощью магнитного поля и света. У фотонов — частиц света — тоже есть спин, который еще называют поляризацией.

В чем разница между вероятностной и детерминистской телепортациями?

Чтобы ее объяснить, сперва надо чуть подробнее поговорить про телепортацию. Представьте, что в пунктах A и B расположены атомы, для удобства — по одной штуке. Мы хотим телепортировать, скажем, спин атома из A в B, то есть привести атом в пункте B в такое же квантовое состояние, что и атом A. Как я говорил уже, для этого одного классического канала связи недостаточно, поэтому потребуются два канала — один классический, другой квантовый. В качестве переносчика квантовой информации у нас выступают кванты света.

Сначала мы пропускаем свет через атом B. Происходит процесс запутывания, в результате чего между светом и спином атома устанавливается связь. Когда свет приходит в А, то можно считать, что между двумя пунктами установился квантовый канал связи. Свет, проходя через A, считывает информацию с атома и после этого свет ловится детекторами. Именно этот момент можно считать моментом передачи информации по квантовому каналу.

Теперь остается передать результат измерений по классическому каналу в B, чтобы там, на основе этих данных, выполнили некоторые преобразования над спином атома (например, поменяли магнитное поле). В результате, в точке B атом получает спиновое состояние атома A. Телепортация завершена.

В реальности, однако, фотоны, путешествуя по квантовому каналу, теряются (например, если этот канал — обычное оптоволокно). Главное отличие между вероятностной и детерминистской телепортациями как раз и заключается в отношении к этим потерям. Вероятностной все равно, сколько там потерялось — если из миллиона фотонов хотя бы один дошел, то уже хорошо. В этом смысле, конечно, она больше подходит для пересылки фотонов на большие расстояния (в настоящее время рекорд составляет 143 километра — прим. «Ленты.ру»).

Детерминистская же телепортация к потерям относится хуже — вообще говоря, чем выше потери, тем хуже качество телепортации, то есть на принимающем конце провода получается не совсем исходное квантовое состояние — но зато она работает каждый раз, когда, если сказать грубо, нажимаешь на кнопку.

Запутанное состояние света и атомов по сути представляет собой запутанное состояние их спинов. Если спины, скажем, атома и фотона запутаны, то измерения их параметров, как говорят физики, коррелируют. Это означает, что, например, если измерение спина фотона показало, что он направлен вверх, то спин атома будет направлен вниз; если спин фотона оказался направлен вправо, то спин атома будет направлен влево и так далее. Фокус заключается в том, что до измерения ни у фотона, ни у атома определенного направления спина нет. Как получается, что, несмотря на это, они коррелируют? Тут как раз и должна начать «кружиться голова от квантовой механики», как говорил Нильс Бор.

Юджин Ползик
И как у них различаются сферы применения?

Вероятностная, как я говорил, подходит для передачи данных на большие расстояния. Скажем, если в будущем мы захотим построить квантовый интернет, то нам потребуется именно телепортация такого типа. Что касается детерминистской, то она может быть полезна для телепортации каких-нибудь процессов.

Тут сразу надо пояснить: сейчас такой прямо уж четкой границы между этими двумя видами телепортации нет. Например, в Российском квантовом центре (и не только в нем), разрабатываются «гибридные» системы квантовых коммуникаций, где частично используется вероятностный, а частично — детерминистский подходы.

В нашей же работе телепортация процесса была такой, знаете, стробоскопической — речь о непрерывной телепортации пока не идет.

То есть это дискретный процесс?

Да. На самом деле телепортация состояния, она, естественно, может произойти только один раз. Одна из вещей, которые квантовая механика запрещает, — это клонирование состояний. То есть если вы телепортировали что-то, то вы это уничтожили.

Расскажите о том, что удалось сделать вашей группе.



У нас был ансамбль атомов цезия, и телепортировали мы коллективный спин системы. Газ у нас находился под воздействием лазера и магнитного поля, поэтому спины атомов были ориентированы примерно одинаково. Неподготовленный читатель может это представлять себе так — наш коллектив есть большая магнитная стрелка.

У стрелки есть неопределенность направления (это и значит, что спины ориентированы «примерно» одинаково), та самая гейзенбергова. Измерить направление этой неопределенности точнее невозможно, а вот телепортировать положение — вполне. Величина этой неопределенности составляет единицу на квадратный корень из числа атомов.

Тут важно сделать вот какое отступление. Моя любимая система — это газ атомов при комнатной температуре. Проблема с этой системой такая: при комнатных температурах квантовые состояния быстро разваливаются. У нас же, однако, эти спиновые состояния живут очень долго. И удалось этого добиться благодаря сотрудничеству с учеными из Санкт-Петербурга.

Они разработали покрытия, которые по-научному называются алкеновыми. По сути это что-то очень похожее на парафин. Если напылить такое покрытие на внутреннюю часть стеклянной ячейки с газом, то молекулы газа летают (со скоростью 200 метров в секунду) и сталкиваются со стенками, но ничего с их спином не происходит.

Порядка миллиона столкновений они так могут выдержать. У меня такое визуальное представление этого процесса: покрытие — это как целый лес лиан, очень больших, а спину для того, чтобы испортиться, нужно свой спин кому-то передать. А там это все такое большое и связанное, что передавать некому, поэтому он туда заходит, побарахтается и вылетает обратно, и ничего с ним не происходит. С этими покрытиями мы начали работать лет 10 назад. Сейчас их усовершенствовали и доказали, что с ними можно работать и в квантовой области.

Так вот, вернемся к нашим атомам цезия. Они были при комнатной температуре (это хорошо еще и потому, что алкеновые покрытия высоких температур не выдерживают, а чтобы получить газ, обычно надо что-то испарить, то есть нагреть).

Вы телепортировали спин на полметра. Такое небольшое расстояние — принципиальное ограничение?

Нет, конечно. Как я говорил, детерминистская телепортация не терпит потерь, поэтому лазерные импульсы у нас шли по открытому пространству — если бы мы загоняли их обратно в оптоволокно, то неизменно были бы какие-то потери. Вообще говоря, если там футуризмом заниматься, то вполне можно таким же лучом стрелять в спутник, который будет переправлять сигнал куда надо.

Вы говорили, что в планах у вас непрерывная телепортация?

Да. Только тут непрерывность следует понимать в нескольких смыслах.

С одной стороны у нас в работе 1012 атомов, поэтому дискретность направления коллективного спина настолько крошечная, что можно описывать спин непрерывными переменными. В этом смысле и наша телепортация была непрерывной.

С другой стороны, если процесс меняется во времени, то можно говорить о его непрерывности во времени. Значит, я могу делать следующее. У этого процесса есть, допустим, какая-то временная постоянная — допустим, он происходит за миллисекунды, и вот я взял и разбил его на микросекунды, и «бум» после первой микросекунды телепортировал; потом придется вернуть в начальное состояние.

Каждая такая телепортация, конечно, уничтожает телепортируемое состояние, однако внешнее возбуждение, которое этот процесс вызывает, не трогает. Поэтому по сути мы телепортируем некий интеграл. Этот интеграл мы можем «развернуть» и узнать что-то о внешних возбуждениях. Теоретическая работа, в которой все это предлагается, только что вышла в Physical Review Letters.

На самом деле такое телепортирование туда-сюда можно использовать для очень глубоких вещей. У меня здесь чего-то происходит, и здесь чего-то происходит, и с помощью телепортационного канала я могу симулировать взаимодействие — как будто бы эти два спина, которые никогда между собой не взаимодействовали, в действительности взаимодействуют. То есть такая квантовая симуляция.

А квантовая симуляция — это то, отчего все сейчас прыгают. Вместо того чтобы факторизовать миллионные цифры, можно просто симулировать. Вспомнить тот же D-wave.

Детерминистская телепортация может использоваться в квантовых компьютерах?

Может, но тогда необходимо будет телепортировать кубиты. Тут уже потребуются всякие алгоритмы коррекции ошибок. А их сейчас только начинают разрабатывать.

Беседовал Андрей Коняев

Источник

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Загадка наблюдателя: 5 знаменитых квантовых экспериментов

Никто в мире не понимает квантовую механику — это главное, что нужно о ней знать. Да, многие физики научились пользоваться ее законами и даже предсказывать явления по квантовым расчетам. Но до сих пор непонятно, почему присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. «Теории и практики» подобрали примеры экспериментов, на исход которых неминуемо влияет наблюдатель, и попытались разобраться, что квантовая механика собирается делать с таким вмешательством сознания в материальную реальность.

Кот Шредингера
Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, самой популярной среди которых остается копенгагенская. Ее главные положения в 1920-х годах сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. А центральным термином копенгагенской интерпретации стала волновая функция — математическая функция, заключающая в себе информацию обо всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она одновременно пребывает.
По копенгагенской интерпретации, доподлинно определить состояние системы, выделить его среди остальных может только наблюдение (волновая функция только помогает математически рассчитать вероятность обнаружить систему в том или ином состоянии). Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической: мгновенно перестает сосуществовать сразу во многих состояниях в пользу одного из них.

У такого подхода всегда были противники (вспомнить хотя бы «Бог не играет в кости» Альберта Эйнштейна), но точность расчетов и предсказаний брала свое. Впрочем, в последнее время сторонников копенгагенской интерпретации становится все меньше и не последняя причина тому — тот самый загадочный мгновенный коллапс волновой функции при измерении. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедолагой-котом как раз был призван показать абсурдность этого явления.

Итак, напоминаем содержание эксперимента. В черный ящик помещают живого кота, ампулу с ядом и некий механизм, который может в случайный момент пустить яд в действие. Например, один радиоактивный атом, при распаде которого разобьется ампула. Точное время распада атома неизвестно. Известен лишь период полураспада: время, за которое распад произойдет с вероятностью 50%.

Получается, что для внешнего наблюдателя кот внутри ящика существует сразу в двух состояниях: он либо жив, если все идет нормально, либо мертв, если распад произошел и ампула разбилась. Оба этих состояния описывает волновая функция кота, которая меняется с течением времени: чем дальше, тем больше вероятность, что радиоактивный распад уже случился. Но как только ящик открывается, волновая функция коллапсирует, и мы сразу видим исход живодерского эксперимента.
Выходит, пока наблюдатель не откроет ящик, кот так и будет вечно балансировать на границе между жизнью и смертью, а определит его участь только действие наблюдателя. Вот абсурд, на который указывал Шредингер.

Дифракция электронов
По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, стал одним из красивейших в истории науки. В чем его суть?

Есть источник, излучающий поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. И есть преграда на пути этих электронов — медная пластинка с двумя щелями. Какой картины на экране можно ожидать, если представлять электроны просто маленькими заряженными шариками? Двух засвеченных полос напротив щелей.

В действительности на экране появляется гораздо более сложный узор из чередующихся черных и белых полос. Дело в том, что при прохождении через щели электроны начинают вести себя не как частицы, а как волны (подобно тому, как и фотоны, частицы света, одновременно могут быть и волнами). Потом эти волны взаимодействуют в пространстве, где-то ослабляя, а где-то усиливая друг друга, и в результате на экране появляется сложная картина из чередующихся светлых и темных полос.

При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели (и это еще одно из важных положений копенгагенской интерпретации квантовой механики — объекты могут одновременно проявлять и свои «привычные» материальные свойства, и экзотические волновые).
Но при чем здесь наблюдатель? При том, что с ним и без того запутанная история стала еще сложнее. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов, через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос.

Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку. Мистика? Есть и куда более простое объяснение: никакое наблюдение за системой нельзя проводить без физического воздействия на нее. Но к этому вернемся еще чуть позже.

Нагретый фуллерен
Опыты по дифракции частиц ставили не только на электронах, но и на куда больших объектах. Например, фуллеренах — крупных, замкнутых молекулах, составленных из десятков атомов углерода (так, фуллерен из шестидесяти атомов углерода по форме очень похож на футбольный мяч: полую сферу, сшитую из пяти- и шестиугольников).

Недавно группа из Венского университета во главе с профессором Цайлингером попыталась внести элемент наблюдения в подобные опыты. Для этого они облучали движущиеся молекулы фуллерена лазерным лучом. После, нагретые внешним воздействием, молекулы начинали светиться и тем неминуемо обнаруживали для наблюдателя свое место в пространстве.
Вместе с таким нововведением поменялось и поведение молекул. До начала тотальной слежки фуллерены вполне успешно огибали препятствия (проявляли волновые свойства) подобно электронам из прошлого примера, проходящим сквозь непрозрачный экран. Но позже, с появлением наблюдателя, фуллерены успокоились и стали вести себя как вполне законопослушные частицы материи.

Охлаждающее измерение
Одним из самых известных законов квантового мира является принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно установить положение и скорость квантового объекта. Чем точнее измеряем импульс частицы, тем менее точно можно измерить ее положение. Но действие квантовых законов, работающих на уровне крошечных частиц, обычно незаметно в нашем мире больших макрообъектов.

Потому тем ценнее недавние эксперименты группы профессора Шваба из США, в которых квантовые эффекты продемонстрировали не на уровне тех же электронов или молекул фуллерена (их характерный диаметр — около 1 нм), а на чуть более ощутимом объекте — крошечной алюминиевой полоске.

Эту полоску закрепили с обеих сторон так, чтобы ее середина была в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом с полоской находился прибор, способный с высокой точностью регистрировать ее положение.

В результате экспериментаторы обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, любое измерение положения объекта, наблюдение за полоской не проходило для нее бесследно — после каждого измерения положение полоски менялось. Грубо говоря, экспериментаторы с большой точностью определяли координаты полоски и тем самым, по принципу Гейзенберга, меняли ее скорость, а значит и последующее положение.

Во-вторых, что уже совсем неожиданно, некоторые измерения еще и приводили к охлаждению полоски. Получается, наблюдатель может лишь одним своим присутствием менять физические характеристики объектов. Звучит совсем невероятно, но к чести физиков скажем, что они не растерялись — теперь группа профессора Шваба думает, как применить обнаруженный эффект для охлаждения электронных микросхем.

Замирающие частицы
Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются в мире не только ради экспериментов над котами, но и вполне сами по себе. При этом каждая частица характеризуется средним временем жизни, которое, оказывается, может увеличиваться под пристальным взором наблюдателя.

Впервые этот квантовый эффект предсказали еще в 1960-х годах, а его блестящее экспериментальное подтверждение появилось в статье, опубликованной в 2006 году группой нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.

В этой работе изучали распад нестабильных возбужденных атомов рубидия (распадаются на атомы рубидия в основном состоянии и фотоны). Сразу после приготовления системы, возбуждения атомов за ними начинали наблюдать — просвечивать их лазерным пучком. При этом наблюдение велось в двух режимах: непрерывном (в систему постоянно подаются небольшие световые импульсы) и импульсном (система время от времени облучается импульсами более мощными).

Полученные результаты отлично совпали с теоретическими предсказаниями. Внешние световые воздействия действительно замедляют распад частиц, как бы возвращают их в исходное, далекое от распада состояние. При этом величина эффекта для двух исследованных режимов также совпадает с предсказаниями. А максимально жизнь нестабильных возбужденных атомов рубидия удалось продлить в 30 раз.

Квантовая механика и сознание
Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?

Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть иллюзорное порождение нашего разума. Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» — комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам. Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин — декогеренция.
Дело вот в чем — во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства, не взаимодействовав с ней. А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен.

Как раз это объясняет термин «декогеренция» — необратимый с точки зрения термодинамики процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой. Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна.
В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции. А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне».

Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол. Но помните — сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность — выбирать приходится каждому из нас.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Прорывной эксперимент показал, что время «возникает» в результате спутывания квантовых частиц

Физики заявляют: время – это возникающий феномен, побочный эффект квантового спутывания частиц. И теперь у них впервые в мире появились экспериментальные результаты, которые это подтверждают.

В 1983 году физики-теоретики Дон Пейдж и Уильям Вутерс предложили новаторскую теорию, основанную на феномене квантового спутывания. Это экзотическое свойство позволяет двум квантовым частицам иметь общее существование, даже если они физически разделены.

Квантовое спутывание – это глубинная и мощная связь, и Пейдж и Вутерс продемонстрировали, что её можно использовать для измерения времени. Их идея заключалась в том, что способ, которым пара спутанных частиц эволюционирует, представляет собой некоторый вид часов, которые можно использовать для измерения времени.

Но получаемые в их концепции результаты зависели от того, как проводилось наблюдение. Одним из способов является сравнение изменений в спутанных частицах с помощью внешних часов, которые полностью независимы от вселенной. Это эквивалент богоподобного наблюдателя за пределами нашей вселенной, измеряющего эволюцию частиц с помощью внешних часов.

В данном случае Пейдж и Вутерс показали, что частицы будут полностью неизменными – время в таком сценарии не будет существовать.

Но есть и другой способ, который даёт иной результат. В нём наблюдатель является внутренним и сравнивает эволюцию частиц с помощью остальной вселенной. В таком случае внутренний наблюдатель будет видеть изменение, и эта разница в эволюции частиц в сравнении со всем остальным будет важной мерой времени.

Это изящная и мощная концепция. Она предполагает, что время – это возникающий феномен, который появляется в реальности благодаря природе квантового спутывания. И оно существует только для наблюдателей внутри нашей вселенной. Любой богоподобный наблюдатель за её пределами будет видеть статичную неизменяющуюся вселенную, как прежде предсказывало более раннее квантовое уравнение Уилера-ДеВитта.

Разумеется, без экспериментального подтверждения идеи Пейджа и Вутерса не более чем философский курьёз. А поскольку у нас нет никакой возможности получить наблюдателя за пределами нашей вселенной – то, по-видимому, у нас нет и никаких шансов когда-либо подтвердить эту теорию.

По крайней мере, так было до сегодняшнего дня. Несколько дней назад Екатерина Морева из Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica в Турине, Италия, и несколько её коллег сумели впервые экспериментально проверить идеи Пейджа и Вутерса. И они продемонстрировали, что время действительно является возникающим феноменом для внутренних наблюдателей, но его не существует для наблюдателей внешних.

Этот эксперимент включает в себя создание игрушечной вселенной, состоящей из пары спутанных фотонов и наблюдателя, который может измерять их состояние одним из двух способов. В первом наблюдатель измеряет эволюцию системы, спутывая себя с ней. Во втором богоподобный наблюдатель измеряет эволюцию в сравнении с внешними часами, которые полностью независимы от игрушечной вселенной.

0 Txyx0XyYp6ZwebFl

Сам эксперимент достаточно прямолинеен. Каждый из спутанных фотонов имеет поляризацию, которая может быть изменена прохождением через двулучепреломляющую пластинку. В первом случае наблюдатель измеряет поляризацию одного фотона, таким образом, спутываясь с ним. Затем он сравнивает результат с поляризацией второго фотона. Полученная им разница и будет мерой времени.

Во втором случае оба фотона также проходят через двулучепреломляющие пластинки, которые изменяют их поляризацию. Однако в этом случае наблюдатель измеряет только глобальные свойства обоих фотонов, сравнивая их с независимыми часами.

В этом случае наблюдатель не может заметить какой-либо разницы между фотонами, не приходя в состоянии спутанности с одним из них. А если нет никакой разницы, система предстаёт перед ним статичной. Другими словами – время в ней не возникает.

«Хотя она и невероятно проста, наша модель объединяет два противоречащих друг другу, как казалось прежде, свойства механизма Пейджа-Вутерса», говорит Морева.

Это весьма впечатляющий эксперимент. Появление чего-либо является популярной концепцией в науке. В частности, недавно физики заинтересовались идеей, что гравитация также является таким возникающим феноменом. А отсюда до идеи о сходном механизме возникновения времени оставался всего один шаг.

Чего не хватает возникающей гравитации – это, разумеется, экспериментальной демонстрации, которая показывала бы, как это работает на практике. Именно поэтому работа Моревы имеет такое важное значение – она впервые в мире помещает абстрактную и экзотическую идею на устойчивое экспериментальное основание.

А возможно самым важным результатом этой работы является то, что ей впервые удалось продемонстрировать, что квантовая механика и общая теория относительности не так уж несовместимы.

Следующим шагом станет дальнейшее развитие идеи, в частности – на макроскопическом уровне. Одно дело показать, как время возникает в фотонах, и другое – понять, как оно возникает для людей.

И это будет непростой работой.

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Принцип дополнительности и «картина мира» по Нильсу Бору Нильс Бор считал, что впервые сформулированный им для приложения к физике принцип дополнительности имеет большую степень общности и применим в других областях деятельности.

«В предвоенные годы Бору представился ещё одни случай расширить диапазон идеи дополнительности или, вернее говоря, откристаллизовать свои мысли по этому вопросу. В

1938 г. его пригласили выступить на Копенгагенском конгрессе антропологии и этнографии. В огромном зале замка Кронберг Бор выступил с докладом о дополнительных сторонах человеческих культур. Выбор темы был если не продиктован, то, во всяком случае, сделан под влиянием охватившего всех нас растущего беспокойства по поводу бессмысленного растрачивания культурного наследия, совершаемого одной, безумием ослеплённой нацией перед глазами беспомощного и нерешительного человечества. Все, кто служил науке, были глубоко потрясены тем, как искажённые до гротеска научные доктрины использовались для оправдания самых страшных жестокостей.

В своём выступлении Бор стремился разоблачить эти опасные заблуждения при помощи своего мощного метода. Он напомнил присутствующим о дополнительных связях в развитии человеческого общества. Во-первых, люди имеют чисто биологические свойства, которые передаются по наследству; во-вторых, - общие убеждения и идеи, которые лежат в основе традиций устной и письменной речи.

Бор утверждал, что только последняя, а не первая дополнительность может по праву рассматриваться культурным элементом общества. Ссылаясь на тот факт, что всякая культура, независимо от её уровня развития, достигает своеобразной гармонии. Бор подчеркнул, что следует считать совершенной случайностью, что какая-либо культура принадлежит тому или иному, а не нашему обществу. Однако с тонкий иронией Бор отметил, что благодаря такому взгляду мы отказываемся от предрассудков о превосходстве собственной культуры, свойственных всякой человеческой культуре, замкнутой в себе».
Л. Розенфельд, Развитие принципа дополнительности / в Сб. статей: Нильс Бор. Жизнь и творчество, М., «Наука», 1967 г., с. 85-86.

«Сам Нильс Бор, по словам его сына Ханса, находясь в Японии, образно объяснил суть принципа дополнительности: талантливый японский художник Хокусай создал свои «Сто картин Фудзиямы», и именно совокупность разных впечатлений, сложившихся при различном освещении, в разные времена года и под разными углами зрения, оказалась способной воссоздать богатство изменчивой, удивительной, очаровательной, всегда разной, но, тем не менее, единственно сущей в реальности Фудзиямы. Гора всё время являет наблюдателю иной облик, иной поворот своей сущности, но она всегда - одна... Примерно так, весьма наглядно для японцев, высказался великий физик».
Андреев Ю.А., Исцеление человека, СПб, «Респекс», 1995 г., с. 21.

По воспоминаниям современников, Нильс Бор иногда использовал и такую формулировку:
«Противоположность верного утверждения - ложное утверждение. Но противоположностью глубокой истины может оказаться другая глубокая истина».
Вернер Гейзенберг, Часть и целое. Беседы вокруг атомной физики, М., «Наука», 1989.г., с. 226.

Позже отечественный исследователь Ю.М. Лотман напишет:
«…механизм культуры может быть описан в следующем виде: недостаточность информации, находящейся в распоряжении мыслящей индивидуальности, делает необходимым для неё обращение к другой такой же единице. Если бы мы могли представить себе существо, действующее в условии полной информации, то естественно было бы предположить, что оно не нуждается в себе подобном для принятия решений. Нормальной для человека ситуацией является деятельность в условиях недостаточной информации. Сколь ни распространяли бы мы круг наших сведений, потребность в информации будет развиваться, обгоняя темп нашего научного прогресса. Следовательно, по мере роста знания незнание будет не уменьшаться, а возрастать, а деятельность, делаясь более эффективной, - не облегчаться, а затрудняться. В этих условиях недостаток информации компенсируется её стереоскопичностью - возможностью получить совершенно иную проекцию той же реальности - перевод её на совершенно другой язык. Польза партнёра по коммуникации заключается в том, что он другой».
Цитируется по: Руднев В.П., Энциклопедический словарь культуры XX века. Ключевые понятия и тексты, М., «Аграф», 2009 г., с. 320-321.

"Диалог культур и принцип дополнительности" Розов М.А.
http://rozova.net/wp-content/uploads...ti_RozovMA.pdf


Источник: http://vikent.ru/enc/1631/

Бор, такая красивая теория о дополнении и такое ее красивое решение )) Есть над чем поразмыслить.
Гордоновские передачи были интересны тем же свободным разговором на тему.

Контроль вообще не "про жионь", а про какие-то особые уникальные, единственно возможные условия, в которых система может существовать (а человек в этом смысле тоже система). Именно существовать.
Контроль присущ закрытым системам, которых неизбежно пожрет энтропия.
Живая система пластична относительно своих границ, в направлениях и наружу и вовнутрь Восприятие и пластичность.

---
http://psylib.ukrweb.net/books/aleki01/index.htm
И.С.Алексеев

ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
Из кн.: Методологические принципы физики. История и современность.
М.: Наука, 1975, гл.VIII
---

Та же психофизиологическая проблема решается скорее всего через этот же принцип дополнительности: рассматриваем человека как систему органов - одна картина, как систему высших психических функций - другая картина.
А человек-то, вол он, перед нами, единый и неделимый. Живет себе и ни сном ни духом, что психологи с биологами подрались. ))
http://www.solium.ru/forum/showthrea...668#post162668

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

О квантовых "чудесах"... Ученые впервые наблюдали квантовый парадокс Чеширского кота




Изображение: Vienna University of Technology

Физикам Франции, Австрии и США в Институте Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция) удалось провести эксперимент, в результате которого они измерили магнитный момент нейтрона независимо от положения самого нейтрона. Явление, которое наблюдали ученые, называется парадоксом Чеширского кота. Результаты своих опытов авторы опубликовали в журнале Nature Communications.
Ученые разделили пучок нейтронов на два в зависимости от ориентацииспинов частиц в них: направления одних совпадали с направлением внешнего магнитного поля, других были противоположны ему. В результате проведения серии измерений, включающих в себя слабое измерение, ученым в одном из пучков удалось отследить следы частиц (измерить поляризациюнейтронов в магнитном поле) из другого, как если бы они там были.
Слабое измерение в квантовой механике предполагает малое возмущение частицы измеряемым прибором. Однако такой способ извлечения информации о наблюдаемых предполагает невысокую точность получаемых результатов измерений и, как следствие, большое количество измерений, которое смог обеспечить мощный источник нейтронов в Институте Лауэ-Ланжевена.
В своем эксперименте физики использовали нейтронный интерферометр — прибор, который позволяет наблюдать волновые свойства нейтральных нуклонов: единый пучок нейтронов пропускается через интерферометр, где разделяется на два, которые интерферируют между собой и приводят к образованию соответствующей картины. С точки зрения квантовой механики, это есть проявление корпускулярно-волнового дуализма, в котором волновые свойства связаны с наложением волн де Бройля — суперпозицией волновых функций частиц. При этом существенно классическое понятие траекториичастицы теряет смысл: нейтрон может быть одновременно в двух пучках.
Теоретическая идея о парадоксе Чеширского кота появилась недавно и сводится к тому, что свойства некоторого объекта могут быть определены (измерены наблюдаемые частицы) там, где его нет. В классической физике это невозможно из-за принципа локальности, согласно которому кроме самого объекта его свойства могут зависеть лишь от его ближайшего окружения.
В квантовой механике ситуация другая: квантовая запутанность предполагает, что подсистемы ранее единой системы после разнесения их на расстояния друг от друга продолжают испытывать взаимное влияние. Обсуждение соотнесения принципа локальности и квантовой запутанности принимает различные формы, в зависимости от интерпретации квантовой механики.
Чеширский кот является одним их героев сказки английского писателя и математика Льюиса Кэрролла «Алиса в Стране чудес». Животное могло исчезать и оставлять на своем месте собственную улыбку. Ученые считают, что использование парадокса Чеширского кота поможет в создании будущих высокоточных метрологических приборов, а также квантовых устройств с низкой степенью помех, которые возникают из-за вероятностного характера измерений.


Лента.Ру


Проблемы квантовой теории или небольшая экскурсия в квантовую метафизику


В последнее время, особенно в связи с появлением качественно новых приложений квантовой теории, таких, например, как квантовая информатика, включающая в себя квантовую криптографию, квантовую телепортацию и, самое главное, активно развивающиеся работы направленные на создание квантового компьютера, напрямую использующие все особенности квантового мира, на первый план выходят вопросы наиболее глубокого понимания этих особенностей и, самое главное, более глубокого и однозначного понимания результатов, к которым приводят эти особенности. В этой статье мы попробуем увидеть то, что принципиально отличает непривычный нам квантовый мир от хорошо известного и уютного и так привычного нам классического и посмотрим только на один из возможных вариантов решения имеющихся проблем. И начнем мы с краткого обзора того, что отличает квантовую физику от классической, но при этом ей нисколько не противоречит.
Наиболее глубокое отличие между классической и квантовой теориями лежит в особой роли эксперимента, или иными словами, в особой роли измерения параметров исследуемой квантовой системы. Речь идет о проблеме измерения в квантовой теории. Если говорить совсем просто, эта проблема связана с тем, что, пытаясь провести измерения параметров микроскопической системы, экспериментатор с необходимостью воздействует на микроскопическую систему макроскопическим прибором, тем самым с неизбежностью сильно изменяя состояние квантовой системы. Формально это выражается в том, что пока измерение не было проведено квантовая система, описываемая основным уравнением квантовой механики уравнением Шредингера, находится в суперпозиции (сумме) собственных состояний, которые могут быть реализованы с той или иной вероятностью. Такое описание полностью детерминировано, поскольку, зная начальное состояние системы, мы можем однозначно описать ее эволюцию в вероятностном ключе. Иными словами, мы не можем указать, в каком именно состоянии находится наша система, но как изменятся вероятные состояния этой системы, указать можем. Однако экспериментатор, проводя измерения (воздействуя на систему макроскопическим прибором) обнаруживает ее в каком-то определенном состоянии, ставшем в процессе измерения, из вероятного реально существующим. Такая ситуация с необходимостью привела к появлению проективного постулата фон Неймана, который носит чисто вероятностный характер и описывает практически непредсказуемые изменения в системе, возникающие в результате проведенного экспериментатором измерения, нарушая тем самым детерминированность описания. Даже зная в каком состоянии находилась система в начальный момент времени, невозможно предсказать точно результат измерения. Понятно, что такая ситуация не вполне корректна, если мы говорим о фундаментальной физической теории. Ведь точно так же, как и квантовая система, являющейся физической системой, так и прибор, который использовал экспериментатор, тоже является физической системой, а сам эксперимент является физическим процессом. Потому и исследуемая система и эксперимент, да и используемый в эксперименте прибор должны описываться единообразно. Вот тут и возникает вопрос о том, как примирить проективный постулат фон Неймана с возникающим противоречием?
Нильс Бор, сформулировав свою копенгагенскую интерпретацию, ответил на этот вопрос так. Поскольку прибор является макроскопически большим, то к нему просто неприменимы законы квантовой теории, а он обязан быть таковым, поскольку его свойства должны непосредственно восприниматься экспериментатором, так, как это имеет место в классической физике. Он и должен описываться исключительно законами классической физики. А уравнение Шредингера и проективный постулат фон Неймана применимы только к квантовым системам, причем последний вступает в силу, только если квантовая система вступает во взаимодействие с классическим прибором.
Эта точка зрения оказалась весьма удобной для применения и большинство физиков, особенно занимающихся расчетом реальных квантовых систем, другие точки зрения на этот вопрос просто не интересовали. Однако, из копенгагенской интерпретации с неизбежностью следует вывод о том, что наш физический мир разделен на два, абсолютно разных типа объектов – на квантовые и классические объекты, каждый из которых подчиняются своим собственным законам, что является не вполне понятным и приемлемым. И, как результат, стали возникать квантовые парадоксы, к формулировке которых приложили руку выдающиеся физики: Шредингер, Вигнер, Эйнштейн, Бор, Паули. Уиллер, Де Витт и многие другие. Это, например, известный большинству читателей парадокс кота Шредингера, парадокс друга Вигнера, парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена.
Есть и еще один момент, который стоит упомянуть. Он связан с тем, что тем или иным образом любое измерение с необходимостью связано с осознания его экспериментатором и поэтому результат эксперимента просто не отделим от осознания его человеком, проводящим его. Отделить сам эксперимент от осознания его результатов просто не удается, даже если об этом не вспоминать.
Но мы не будем углубляться в тонкости копенгагенской интерпретации квантовой теории и ее критики (желающих совершить этот подвиг могу отослать к замечательной книге Садбери [1], ссылку на которую интересующиеся могут найти в конце статьи), а продолжим знакомство с отличиями квантовой теории от классической.
Остальные отличия являются не столь принципиальными, как проблема измерения, но сами по себе достаточно интересны и стоят хотя бы короткого упоминания:
1.Квантовая теория принципиально отличается от теорий, возникших до нее, не только тем, что ее предсказания носят вероятностный характер, но и тем, что вероятность лежащая в ее основе носит принципиально фундаментальный характер. Если использование понятия вероятности в других теориях обусловлено неполнотой информации об исследуемой системе и полагается, что понятие вероятности можно из этих теорий исключить, получив более полные сведения о предмете исследования, то в квантовых теориях получение полной информации о системе невозможно в силу фундаментальных принципов, таких как принцип неопределенности, имеющих свое отображение в соотношении неопределенностей Гейзенберга или, в наиболее общем виде, в соотношении неопределенностей Шредингера.
Эту особенность квантовой теории не столько сложно понять, сколько сложно принять. Дело в том, что в классической физике существует основное допущение, гласящее, что всякому событию должна предшествовать его причина. Однако если квантовые законы имеют принципиально вероятностный характер, то отдельные моменты квантовых явлений могут и не иметь предвосхищавших их причин. Именно с этим моментом и связано знаменитое выражение Эйнштейна: «Я не могу поверить, что Бог играет в кости».
Из этой ситуации, если посмотреть на нее несколько иначе, можно сделать вывод о том, что утверждение «каждое событие имеет свою причину» мы должны рассматривать не как непреложную истину, неподлежащую сомнениям, а как утверждение о наших намерениях искать причину любого события. Самим своим существованием квантовая теория доказывает это положение;
2. Наиболее загадочным в квантовой теории является способ, которым определенные свойства приписываются частицам в квантовой системе. В отличие от классической физики, это отличие имеет два момента. Во-первых, в квантовой теории отрицается наличие определенных значений тех характеристик, которыми оперирует классическая физика. Делается утверждение, что квантовая частица может, например, не иметь определенного положения в пространстве и определенного значения импульса (одно из соотношений неопределенностей Гейзенберга).

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

Особенно удивительно то, что если частица в определенный момент времени и имеет определенное положение в пространстве (частица локализована), то ее импульс не может быть определен в принципе. Но более того, невозможно точно сказать, где она будет локализована в последующие промежутки времени. Или, другими словами, привычное в классической механике понятие траектории частицы в квантовой теории просто неприменимо, поскольку это понятие с необходимостью требует одновременного с локализацией частицы точного определения ее импульса. А на эту процедуру в квантовой механике наложен принципиальный запрет. Согласитесь, что представить себе такую частицу в рамках наших привычных воззрений достаточно сложно.

Во-вторых, и это более существенно, в квантовой теории вообще не определен статус такого понятия, как свойства системы, когда она не находится в собственном состоянии, т.е., когда осуществляется на систему внешнее воздействие. Непонятно вообще обладает ли система в момент измерения таким свойством, находится ли в одном из собственных состояний. Дело в том, что в процессе измерения можно получить конкретное значение для любой наблюдаемой (наблюдаемой в физике называют любой параметр системы поддающийся измерению). Наблюдаемую можно измерить, придать ей любое значение, так что, нельзя утверждать, что полученные результаты бессмысленны.
Однако с другой стороны любое измеренное значение может быть фальсифицировано самим процессом измерения, который есть ни что иное, как эксперимент над квантовой системой, переводящий систему из собственного состояния в некое, достаточно неопределенное, новое состояние, при этом не являющиеся собственным;
3. Положим, что квантовая система состоит, например, из двух частей. Тогда ее состояние можно описать суперпозицией (суммой) двух векторов состояния, построенных по соответствующему закону. Заметим, что подобная ситуация и обсуждалась в знаменитой статье Эйнштейна, Подольского, Розена в которой и был сформулирован знаменитый парадокс, носящий имя авторов этой статьи. Когда система находится в подобном состоянии, оказывается невозможным утверждение, что какая-либо из подсистем находится в определенном состоянии, но возможно получить информацию об одной из подсистем, произведя эксперимент над другой подсистемой.
Таким образом, квантовая теория просто отрицает возможность описания окружающего нас мира путем деления на его на части с последующим описанием этих частей. Этот момент является довольно неординарным по своей сути.
4. Ненадолго вернемся к проективному постулату, который обсуждался немного выше. И просто сформулируем некоторые итоги этого обсуждения. Мы видели, что проективный постулат фон Неймана фактически является довольно плохо определенной процедурой. В нем нет точного определения, что есть на самом деле процесс измерения параметров квантовой системы. Нет никакого указания ни на момент времени, ни на механизм перехода системы из достаточно произвольного вероятностного состояния в обнаруженное в результате эксперимента конкретное состояние.
И, во-вторых, сам по себе проективный постулат фон Неймана является дуалистичным, поскольку он требует принципиального разделения нашего мира на квантовый микроскопический мир и на макроскопический классический мир. Он так же разделяет закон временной эволюции на закон, определяемый детерминированным (строго упорядоченным во времени) основным уравнением квантовой механики – уравнением Шредингера и на строго вероятностный закон, не вполне определенный проективным постулатом фон Неймана, что хорошо иллюстрируется известным парадоксом с котом Шредингера.
Другими словами, он делает физические события следствиями наблюдений вместо того, что бы полагать, что события наблюдаются только потому, что они действительно произошли в окружающем нас мире.
Проективный постулат фон Неймана сформулирован в строго локальной форме, когда неявно полагается, что измерения происходят мгновенно, и, следовательно, является чистой абстракцией, не учитывающий тот момент, что реальные измерения никогда не являются мгновенными. Это всегда протяженный во времени процесс. Из этого с необходимостью возникает вывод, что проективный постулат фон Неймана в некотором смысле чужероден самой сути квантовой теории и введен в нее по необходимости, что бы хоть как-то пояснить саму процедуру квантового измерения;
5. И последний момент отличающий квантовую теорию от классической. Говоря об отличиях этих теорий друг от друга, нельзя не упомянуть формальную логику, заложенную в их основание.
Отличие квантовой логики от классической весьма существенно. Это вызвано тем, что существует явное неудобство в использовании векторов состояния, которыми оперирует теория, для описания физического состояния исследуемой системы. Это неудобство порождается тем, что в квантовой теории просто не существует взаимнооднозначного соответствия между векторами состояния, используемыми в теории, и физическим состоянием системы. Потому мы просто с необходимостью, пытаясь описать физическое состояние квантовой системы, вынуждены оперировать не с одним вектором состояния, а с целым классом векторов, кратных данному, что несколько усложняет построение геометрии пространства, с которым оперирует квантовая теория, переводя его в разряд проективного.
Если говорить проще, то отражением этого факта является утверждение о том, что мы просто не имеем возможности утверждать, что интересующая нас квантовая система находится в данный момент или в данной области пространства в определенном состоянии.
Для нас это конкретное состояние фактически остается неопределенным Потому привычная для нас бинарная логика, таблица истинности которой строится из двух элементов "ДА”, "НЕТ”, начинает входить в сильное противоречие с обсуждаемой теорией. Для квантовой теории непротиворечивой, и это можно показать строго, оказывается трехзначная логика, таблица истинности которой складывается уже из трех элементов – "ДА”, "НЕТ” и "НЕОПРЕДЕЛЕНО”. Но это отличие не является причиной для разделения двух миров – квантового и классического, поскольку при плавном переходе от одного описания к другому трехзначная логика столь же плавно переходит в бинарную.
Таким образом, мы просто с неизбежностью оказываемся перед двумя, достаточно существенными вопросами:

• Так что же представляет собой квантовая теория как теория физическая?
• Каким же образом она описывает физический мир?

В настоящее время существует множество ответов на эти вопросы, которые лежат уже больше в философской плоскости, называемой метафизикой, и составляют содержание того, что называется квантовыми интерпретациями, одна из которых, а именно, копенгагенская интерпретация, была нами упомянута выше.
На настоящий момент существует чуть менее двух десятков различных вариантов интерпретаций, суть которых весьма многообразна. Начиная от довольно экзотических предположений о движении частиц во времени в противоположном направлении, расслоении многомерных пространств нашего мира, в основе которых лежат струнные космологические модели, и заканчивая интерпретациями откровенно идеалистическими. Но не будем погружаться в эту пучину "-измов”, поскольку многих из них, за редким исключением, объединяет одна и та же довольно неприятная вещь – предположения, заложенные в их основу если и непротиворечивы, то недоступны для прямого доказательства их истинности. Это бесспорно в отношении идеалистических интерпретаций, ведь очень хорошо известно, что никакое утверждение, в основе которого лежит идеализм, не может быть ни опровергнуто ни доказано с помощью каких бы то ни было логических построений. В этом случае, решение главного для понимания вопроса перекладывается только на некие интуитивные суждения и другого тут просто не дано.
Другие интерпретации, такие, например, как копенгагенская и производные от нее, позволяют довольно точно рассчитывать квантовые системы для прямого их применения, не озадачиваясь при этом вопросами, к какой картине мира они приводят. Они просто удобны в практической плоскости. Недаром копенгагенскую интерпретацию многие физики считают ортодоксальной и шутливо характеризуют фразой – "это интерпретация вида замолчи и считай!”. Но и с ней, как мы видели, не все так просто. К сожалению, и она не позволяет провести экспериментальную проверку и однозначно сказать, что окружающий нас мир действительно разделен на два мира: квантовый и классический.
Так что мы оставим в покое весь этот "квантовый зоопарк”, в котором каждый волен выбирать понимание мира себе по вкусу, впрочем, без малейшей надежды убедиться в правильности своего выбора. Мы сосредоточимся только на одной квантовой интерпретации, которая не только рисует логически стройную, возможно довольно непривычную для нас картину мира, но при этом содержит в себе возможность хоть в будущем, но проверить ее экспериментально. Интерпретации, которая прямо указывает на области пересечения точных и естественных наук. Дальнейший разговор мы посвятим обсуждению квантовой многомировой интерпретации Эверетта.
В 1957 году вышла статья Хью Эверетта III, в которой была предложена принципиально новая на момент выхода статьи "многомировая” интерпретация квантовой механики, хотя сам Эверетт называл ее интерпретацией квантовой механики, основанной на понятии относительного состояния. Эта статья, в своё время, прошла почти незамеченной.
Но с развитием физики интерес к решению проблемы измерений совместно с противоречивостью проективного постулата в квантовой теории сильно возрос и к интерпретации, предложенной в этой статье. вернулись. Это связано, с одной стороны, с тем, что квантовая теория, нашедшая свои приложения в самых неожиданных областях науки и техники, стала превращаться в инженерную науку, и перестала быть "уделом избранных”.
Все больше специалистов стало обращаться к ней. Но были и иные причины возникновения интереса именно к основным проблемам квантовой теории. Потребовались расчеты не только сложных систем, таких как атомы, пучки электронов, фотонов и так далее, но и "элементарных” систем, таких как единичный электрон в одномерной кристаллической решетке, одноэлектронные транзисторы, единичный ион в магнитной ловушке и прочее. Для расчета таких систем хорошо привычная идеология Копенгагенской интерпретации стала просто неприменима.
Кроме того, появились качественно новые области приложения квантовой механики, требующие более глубокого понимания квантового мира. Приложения уже напрямую использующие именно отличия квантовой теории от классической. Примером такого приложения является квантовая информатика со всеми своими приложениями, с упоминания которой и начиналась эта статья.
Формулируя свою интерпретацию, Эверетт попытался выйти за пределы, фактически чуждого квантовой теории, проективного постулата фон Неймана. Несколько позднее это сделали Уиллер и ДеВитт. Согласно интерпретации Эверетта, а вернее, многомировой интерпретации Эверетта – Уиллера – ДеВитта, предполагается, что различные вероятностные состояния квантовой системы соответствуют различным классическим вероятностям, или классическим мирам.
Полагается, что эти классические миры равноправны, то есть, ни один из них не более реален, чем остальные. Так возникла картина многих классических миров Эверетта – Уиллера – ДеВитта. Более подробное описание этой интерпретации, например, можно найти в статье [1].
Но при этом возникает довольно любопытный вопрос – а как быть с тем, что при проведении эксперимента\измерений сознание наблюдателя фиксирует только один из возможных результатов таких измерений? Ведь и в этом случае происходит с неизбежностью все тот же выбор одного из возможных состояний квантовой системы (редукция состояний) и нет ли тут явного противоречия с многомировой интерпретацией. На самом деле, такого противоречия просто не возникает и это можно показать. Дело в том, что сознание наблюдателя как бы разделяется между "возникающими” классическими мирами и каждая "компонента” разделившегося сознания видит только то, что происходит в каждом из этих миров.
"Таким образом, сознание наблюдателя расслаивается, разделяется в соответствии с тем, как квантовый мир расслаивается на множество альтернативных классических миров”[3]

[Феникс Джонатанович ДонХуанЦзы]

В интерпретации Эверетта – Уилера - ДеВитта количество таких альтернативных миров определяется исключительно тем набором собственных состояний, к которых может находиться квантовая система. В принципе, их может быть и бесконечное количество, в отличие от картины, которую дает копенгагенская интерпретация Бора, в которой все эти альтернативы просто исчезают, происходит селекция альтернатив. И это исчезновение альтернатив является прямым следствием проективного постулата фон Неймана.
В интерпретации Эверетта такой селекции не происходит. Вместо этого происходит как бы "расслоение” квантового мира на альтернативные реальности и сознание наблюдателя способно воспринимать возникающие альтернативы независимо друг от друга. Или, другими словами, сознание "расслаивается” на свои компоненты, каждая из которых воспринимает свой собственный классический мир. Но субъективно наблюдатель в целом воспринимает так, как будто существует только один классический мир.
Согласно Эверетту в каждом из альтернативных классических миров существуют "двойники” одного и того же наблюдателя, воспринимающие каждый свою альтернативу. Эта интерпретация довольно сложна для понимания, поскольку в ней все альтернативы реализуются, а сознание наблюдателя разделяется между всеми альтернативами, но в то же время, индивидуальное сознание воспринимает эту картину так, как будто существует только одна альтернатива, только один классический мир, в котором оно и живет.
Подытоживая сказанное, можно утверждать, что сознание в целом разделяется между существующими альтернативами, но при этом индивидуальное сознание субъективно осуществляет селекцию альтернатив, выбирая из всего набора только одну.
Такова вкратце интерпретация Эверетта – Уилера – ДеВитта. На первый взгляд она кажется довольно фантастической, но это не совсем так. Во-первых, стоит напомнить, что такая картина мира вполне логична, поскольку связана с отказом от противоречивого по-сути проективного постулата фон Неймана. Постулата, нарушающего одну из основ квантовой теории – ее линейность, отказ от которого напрямую следует из самой сути квантовой теории. Во-вторых, картина становится еще более фантастической, когда интерпретацию Эверетта – Уилера – ДеВитта воспринимают буквально и начинают утверждать, что эвереттовские миры реально существуют.
Однако при этом надлежит помнить, что никаких многих миров в действительности нет. Реально существует только один мир и этот мир квантовый по своей природе. Мир, который может находиться во многих вероятностных состояниях, каждое их которых соответствует своему классическому миру. Миру, который и воспринимает сознание.
Иными словами, каждый из эвереттовских миров есть ни что иное, как "классическая проекция” единого квантового мира. И эти проекции создаются ни чем иным, как сознанием наблюдателя, в то время, как квантовый мир един и существует независимо от сознания наблюдателя.
Если это помнить, то многие фантазии и недоразумения, которые могут возникнуть, просто исчезают. Однако и интерпретации Эверетта – Уиллера – ДеВитта присущ все тот же существенный недостаток. Эту интерпретацию, равно как и подавляющее большинство других, невозможно проверить экспериментально. Сама квантовая теория, да и обсуждаемая интерпретация не содержат, на первый взгляд, инструментов, позволяющих выполнить подобную проверку. Однако, все расчеты, которые могут быть проведены в рамках этой интерпретации, по сути, являются все теми же квантовомеханическими расчетами. Иными словами, интерпретация Эверетта – Уилера – ДеВитта не есть новая квантовая теория. Это всего лишь иное понимание обычной квантовой теории.
Прежде, чем мы пойдем дальше, обратим внимание на следующий момент, вытекающий из обсуждаемой интерпретации – если в соответствии с законами квантовой теории разделения альтернатив не происходит, а наблюдатель всегда видит только одну из них, значит, разделение альтернатив и выбор одной из них происходит в сознании наблюдателя.
Эта мысль не нова, поскольку об этом говорил и сам Эверетт. Однако можно пойти в этом направлении дальше и предположить, что мы имеем дело не с двумя связанными явлениями (сознанием и разделением квантовых альтернатив), а с одним объектом и отождествим понятие сознания с понятием разделения альтернатив. Рассмотрим эту мысль подробнее.
В интерпретации Эверетта – Уиллера – ДеВитта само понятие сознания имеет два аспекта. Во-первых, сознание в целом разделяется между альтернативами, а его "компонента” живет в одной классической альтернативе. Заметим, что в психологии под сознанием понимают именно эту ”компоненту”, живущую в своем классическом мире (сознание, как его определяет психология, это то, что воспринимается субъективно). Таким образом, у нас довольно последовательно возникает гипотеза отождествления, сформулированная известным российским физиком – теоретиком, доктором физико-математических наук, Михаилом Борисовичем Менским:
«Способность человека (и любого живого существа), называемая сознанием, - это то же самое явление, которое в квантовой теории называется редукцией состояния или селекцией альтернатив, а в концепции Эверетта фигурирует как разделение единого квантового мира на классические альтернативы» [3]
Эта гипотеза, являющаяся сутью расширенной интерпретации Эверетта, позволила намного расширить понимание окружающего мира. Поскольку мы полагаем теперь, что сознание и разделение альтернатив есть суть одно и тоже явление, у нас возникает, по крайней мере, один общий элемент – сознание, связывающий между собой такие, казалось бы, отстоящие далеко друг от друга области познания, как квантовая физика и психология.
Однако этот момент требует некоторого пояснения. Эту самую общую часть квантовой физики и психологии следует отождествлять лишь с самым глубинным, самым "примитивным” уровнем сознания. Этот уровень лежит на самой границе сознания и непосредственно связан с процессомосознавания - процесса перехода от состояния "неосознано” к состоянию осознания окружающего мира. Следует так же уточнить, что в данном случае речь не идет о сознании в целом, а лишь о том, неуловимом, отличающим состояния "неосознано” и "осознано”. Становится понятным и еще один момент – почему эти два явления сознание и разделение классических альтернатив, лежащие в традиционно разных сферах познания, плохо поддаются пониманию в рамках традиционного понимания. Просто важнейшие аспекты этих явлений лежат в иных областях, отделяя которые друг от друга, мы упускаем самое важное.
В рамках расширенной интерпретации Эверетта стало возможным понимание того, что же есть на самом деле жизнь, в самом общем ее понимании. Для того. Что бы это увидеть попробуем понять, что же есть на самом деле выбор среди возможного набора возможных классических альтернатив. При этом надо иметь в виду, что этот выбор осуществляют и используют живые организмы. Важнейшим моментом является то, что каждая альтернатива есть ни что иное, как вероятное поведение "микроскопической” системы и ее "макроскопического” окружения. Иными словами, это именно та картина окружающего мира, которая возникает в сознании живого организма. В этой картине мир становится классическим, ведущим себя в соответствии с хорошо привычными классическими законами, то есть. этот мир становится предсказуемым, пусть даже в отдельной области, окружающей организм, и живой организм становится в состоянии выработать оптимальную стратегию для выживания в этом мире. Причем важнейшим фактором является именно классичность картины, формируемой сознанием, ее предсказуемость, поскольку в квантовом случае мир бы стал вероятностным, непредсказуемым. Миром, в котором не всегда выполняется принцип причинности. В этом случае выработка оптимальной стратегии выживания живого организма была бы невозможна в принципе, а, следовательно, стала бы невозможной предсказуемость эволюции живых организмов. Таким образом, классичность эвереттовских миров является просто необходимым условием для существования живых организмов.
Другими словами, живое существо в отличие от неживого обладает уникальной способностью особым образом воспринимать квантовый мир, проецируя его своим сознанием на мир классический. Мир, в котором с неизменностью осуществляется принцип причинности, в котором хорошо срабатывают приобретенные навыки. Мир, являющийся, по крайней мере, локально предсказуемым.
Эти рассуждения делают правдоподобным предположение о том, что явление разделения альтернатив, которое отождествляется с сознанием, не является законом природы, как это обычно предполагается в явной или неявной форме. Сознание является способностью, которую живые существа выработали в процессе эволюции, а точнее – в процессе зарождения жизни. Отсюда следует еще один, казалось бы, парадоксальный вывод о том, что классические законы природы, сформулированные с той или иной степенью точности высшими уровнями сознания, и успешно используемые нами в описании окружающего неживого мира просто не применимы для описания явлений, связанных с сознанием, с живыми организмами, особенно, для описания социума, поскольку в той или иной форме социум есть ни что иное, как продукт высших функций сознания.
Но самым интересным в обсуждаемой нами расширенной интерпретации Эверетта является заложенная в ней возможность, пусть и пока гипотетическая, экспериментальной проверки. Надежда ее проведения напрямую связана с разрабатываемыми в настоящий момент квантовыми компьютерами. Это так, поскольку в квантовых компьютерах эволюционируют квантовые состояния - кубиты, то есть, суперпозиции, содержащие огромное число компонент. Каждая компонента несет в себе некоторую информацию и эволюция всей квантовой системы такого компьютера развивается по законам квантового мира, а, следовательно, и обеспечивает одновременное преобразование всех вариантов классической информации. Следовательно, можно надеяться, что квантовый компьютер позволит моделировать такое явление, как сознание. Сознание, как оно определено в рамках расширенной интерпретации Эверетта. Задача состоит в том, что бы каким-либо образом сформулировать критерий выживания и подобрать закон эволюции так, что бы эволюция всех альтернатив была предсказуемой, и выживание в этих альтернативах было возможным. Задача эта крайне сложна, но принципиального запрета на ее реализацию пока не видно.
На этом мы завершим нашу небольшую экскурсию в квантовую метафизику, оставив за бортом еще много интересного и удивительного.
Автор выражает искреннюю благодарность редактору Damkinу за длительные и плодотворные дискуссии и профессору, доктору технических наук, Семенову Александру Николаевичу за неоценимую техническую помощь, без которой появление этой статьи было бы весьма затруднительно.
Литература
1. А.Садбери Квантовая механика и физика элементарных частиц.- М.Мир, 1989 г.




2. М.Б.Менский Концепция сознания в квантовой механике.- УФН, т.175, №4, 2005 г., с. 423 – 435. Алексей Гопман
Источник: http://universe-tss.su/main/nauka/