Почему понятие редукции кажется искусственным? Дело в том, что измерительный прибор, используемый при измерении, а также глаз, нервы и мозг наблюдателя, фиксирующие результат измерения, состоят из квантовых атомов и значит сами являются квантовыми системами. Следовательно, они подчиняются законам квантовой механики, тогда как классическое описание их поведения является приближенным. Согласно законам квантовой механики (уравнению Шредингера) никакие взаимодействия системы, в том числе с прибором и наблюдателем, не могут привести к редукции (то есть к устранению всех слагаемых суперпозиции, кроме одной, см. описание редукции, данное выше). Таким образом, если рассуждать строго логически, редукция невозможна. Вместо этого состояние всего комплекса, состоящего из измеряемой системы, прибора и наблюдателя, должно описываться как суперпозиция (сумма) состояний, соответствующих различным альтернативным результатам измерения.
5. В сознании наблюдателя редукция (селекция) неизбежна.
Итак, рассматривая и измеряемую систему, и измерительный прибор, и наблюдателя как квантовые системы, мы приходим к выводу, что полная система (включающая все эти части) остается в состоянии, в котором отражены все возможные альтернативные результаты измерения. Редукция, то есть выбор одной альтернативы, произойти не может. В то же время выбор одной альтернативы заведомо имеет место, когда наблюдатель осознает, какой результат дало измерение. Эта парадоксальная ситуация, выявляемая известными парадоксами «кота Шредингера» и «друга Вигнера», явно указывает на то, что вводимое в квантовой механике понятие редукции (селекции) имеет непосредственное отношение к сознанию наблюдателя.
6. «Проблема измерения» в квантовой механике. Попытки снять это противоречие, решить парадоксы квантовой механики, никогда не прекращались и до сих пор не привели к общепринятому решению. Стоящая при этом проблема носит название проблемы измерения. В поисках ее решения предлагались различные интерпретации квантовой механики. Еще раз оговоримся, что эта проблема возникает не из-за того, что теория неудовлетворительно описывает эксперимент, а из-за желания некоторых физиков сделать эту теорию логически более последовательной. Поэтому другие физики склонны считать проблему измерения надуманной, схоластической. Однако среди тех, кто активно искал решение этой проблемы, были практически все великие отцы-основатели квантовой механики, а в наше время вопросы, связанные с проблемой измерения, вызывают чрезвычайно большой интерес у гораздо более широкого круга физиков. Среди них такие выдающиеся исследователи, как Джон Арчибальд Уилер, Роджер Пенроуз, Дитер Цее, Давид Дойч. По-видимому, активизация интереса к этому кругу вопросов связана с появлением новых приложений квантовой механики, известных под именем квантовой информатики. Одним из направлений квантовой информатики является квантовая криптография, о которой говорилось выше, другим - теория квантовых компьютеров, которые, если будут реализованы, могут привести к невиданным скоростям вычислений в некоторых важных вычислительных задачах.
7. Много-мировая интерпретация обходится без редукции.
Обычно о различных подходах к решению концептуальных проблем квантовой механики и прежде всего проблемы измерения говорят как о различных интерпретациях квантовой механики. Самый радикальный (но и наиболее критикуемый) подход - это так называемая много-мировая интерпретация, предложенная в 1957 году Эвереттом. В ней все возможные результаты измерения квантовой системы рассматриваются на равной ноге. Отвергается обычное представление, будто лишь один из возможных результатов реализуется, а остальные являются потенциальными возможностями, которые остаются нереализованными. Эта интерпретация предполагает, что редукция вообще не происходит (в сумме векторов, о которой говорилось выше, сохраняются все слагаемые). То явление, которое описывается как редукция вектора состояния, является лишь кажущимся, то есть связана с сознанием наблюдателя. С точки зрения интерпретации Эверетта различные (классически несовместимые) картины мира сосуществуют в квантовом мире, и лишь в сознании наблюдателя появляется единственная классическая картина мира. Для наглядности говорят о том, что существуют различные классические миры (эвереттовские параллельные миры), из которых сознание индивидуального наблюдателя воспринимает лишь один. Впрочем, такая формулировка иногда может вводить в заблуждение, и ее нужно поверять формулировкой в терминах суперпозиции и составляющих ее слагаемых.
8. Квантовая суперпозиция и индивидуальное сознание.
Интерпретация Эверетта исходит из того, что при любых взаимодействиях квантовой системы с ее окружением (в том числе с измерительными приборами и через них - с наблюдателем) система и окружение остаются в состоянии суперпозиции, включающей все возможные альтернативные результаты измерения в качестве слагаемых (компонент суперпозиции). Селекция одной альтернативы, или редукция, то есть отбрасывание всех слагаемых, кроме одного, не может произойти, поскольку все системы эволюционируют по законам квантовой механики (в соответствии с уравнением Шредингера). Однако в сознании каждого индивидуального наблюдателя всегда имеется лишь одно из этих слагаемых, то есть в сознании селекция происходит. Но как это совместить с наличием различных классических миров, в равной степени реальных, что предполагается в интерпретации Эверетта? Ответ в том, что мозг как квантовая система тоже находится в состоянии суперпозиции, различные слагаемые которой соответствуют тому, что наблюдатель видит различные альтернативные результаты измерения, различные классические миры. Таким образом, селекция, происходящая в сознании, состоит не в отбрасывании всех классических картин, кроме одной, а в их разделении, в изоляции их друг от друга. Возникает «квантовое расщепление» сознания. Оно не противоречит тому, что любой индивидуальный наблюдатель видит лишь одну классическую картину из всех картин, содержащихся в суперпозиции. Для наглядности можно считать, что каждый наблюдатель «расщепляется» на множество наблюдателей, по одному для каждого из эвереттовских миров. Каждый из них видит ту картину, которая имеется в том мире, в котором он оказался. Это самый трудный для понимания, но и самый важный пункт в интерпретации Эверетта.
9. Вероятности альтернатив (эвереттовских миров).
Каждый индивидуальный наблюдатель может задать вопрос: в каком мире окажусь я, то есть какой результат измерения я увижу, когда измерение закончится? Ответ дает распределение вероятностей по различным результатам измерения, которое рассчитывается по законам квантовой механики.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
5. В сознании наблюдателя редукция (селекция) неизбежна.
Итак, рассматривая и измеряемую систему, и измерительный прибор, и наблюдателя как квантовые системы, мы приходим к выводу, что полная система (включающая все эти части) остается в состоянии, в котором отражены все возможные альтернативные результаты измерения. Редукция, то есть выбор одной альтернативы, произойти не может. В то же время выбор одной альтернативы заведомо имеет место, когда наблюдатель осознает, какой результат дало измерение. Эта парадоксальная ситуация, выявляемая известными парадоксами «кота Шредингера» и «друга Вигнера», явно указывает на то, что вводимое в квантовой механике понятие редукции (селекции) имеет непосредственное отношение к сознанию наблюдателя.
6. «Проблема измерения» в квантовой механике. Попытки снять это противоречие, решить парадоксы квантовой механики, никогда не прекращались и до сих пор не привели к общепринятому решению. Стоящая при этом проблема носит название проблемы измерения. В поисках ее решения предлагались различные интерпретации квантовой механики. Еще раз оговоримся, что эта проблема возникает не из-за того, что теория неудовлетворительно описывает эксперимент, а из-за желания некоторых физиков сделать эту теорию логически более последовательной. Поэтому другие физики склонны считать проблему измерения надуманной, схоластической. Однако среди тех, кто активно искал решение этой проблемы, были практически все великие отцы-основатели квантовой механики, а в наше время вопросы, связанные с проблемой измерения, вызывают чрезвычайно большой интерес у гораздо более широкого круга физиков. Среди них такие выдающиеся исследователи, как Джон Арчибальд Уилер, Роджер Пенроуз, Дитер Цее, Давид Дойч. По-видимому, активизация интереса к этому кругу вопросов связана с появлением новых приложений квантовой механики, известных под именем квантовой информатики. Одним из направлений квантовой информатики является квантовая криптография, о которой говорилось выше, другим - теория квантовых компьютеров, которые, если будут реализованы, могут привести к невиданным скоростям вычислений в некоторых важных вычислительных задачах.
7. Много-мировая интерпретация обходится без редукции.
Обычно о различных подходах к решению концептуальных проблем квантовой механики и прежде всего проблемы измерения говорят как о различных интерпретациях квантовой механики. Самый радикальный (но и наиболее критикуемый) подход - это так называемая много-мировая интерпретация, предложенная в 1957 году Эвереттом. В ней все возможные результаты измерения квантовой системы рассматриваются на равной ноге. Отвергается обычное представление, будто лишь один из возможных результатов реализуется, а остальные являются потенциальными возможностями, которые остаются нереализованными. Эта интерпретация предполагает, что редукция вообще не происходит (в сумме векторов, о которой говорилось выше, сохраняются все слагаемые). То явление, которое описывается как редукция вектора состояния, является лишь кажущимся, то есть связана с сознанием наблюдателя. С точки зрения интерпретации Эверетта различные (классически несовместимые) картины мира сосуществуют в квантовом мире, и лишь в сознании наблюдателя появляется единственная классическая картина мира. Для наглядности говорят о том, что существуют различные классические миры (эвереттовские параллельные миры), из которых сознание индивидуального наблюдателя воспринимает лишь один. Впрочем, такая формулировка иногда может вводить в заблуждение, и ее нужно поверять формулировкой в терминах суперпозиции и составляющих ее слагаемых.
8. Квантовая суперпозиция и индивидуальное сознание.
Интерпретация Эверетта исходит из того, что при любых взаимодействиях квантовой системы с ее окружением (в том числе с измерительными приборами и через них - с наблюдателем) система и окружение остаются в состоянии суперпозиции, включающей все возможные альтернативные результаты измерения в качестве слагаемых (компонент суперпозиции). Селекция одной альтернативы, или редукция, то есть отбрасывание всех слагаемых, кроме одного, не может произойти, поскольку все системы эволюционируют по законам квантовой механики (в соответствии с уравнением Шредингера). Однако в сознании каждого индивидуального наблюдателя всегда имеется лишь одно из этих слагаемых, то есть в сознании селекция происходит. Но как это совместить с наличием различных классических миров, в равной степени реальных, что предполагается в интерпретации Эверетта? Ответ в том, что мозг как квантовая система тоже находится в состоянии суперпозиции, различные слагаемые которой соответствуют тому, что наблюдатель видит различные альтернативные результаты измерения, различные классические миры. Таким образом, селекция, происходящая в сознании, состоит не в отбрасывании всех классических картин, кроме одной, а в их разделении, в изоляции их друг от друга. Возникает «квантовое расщепление» сознания. Оно не противоречит тому, что любой индивидуальный наблюдатель видит лишь одну классическую картину из всех картин, содержащихся в суперпозиции. Для наглядности можно считать, что каждый наблюдатель «расщепляется» на множество наблюдателей, по одному для каждого из эвереттовских миров. Каждый из них видит ту картину, которая имеется в том мире, в котором он оказался. Это самый трудный для понимания, но и самый важный пункт в интерпретации Эверетта.
9. Вероятности альтернатив (эвереттовских миров).
Каждый индивидуальный наблюдатель может задать вопрос: в каком мире окажусь я, то есть какой результат измерения я увижу, когда измерение закончится? Ответ дает распределение вероятностей по различным результатам измерения, которое рассчитывается по законам квантовой механики.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60