Прогнозно-аналитический центр

Вид материала

Документы

Содержание Влияние «наблюдателя»

Подобный материал:

• Прогнозно-аналитический центр оружие геноцида : самоубийство людей и его механизмы, 2860.5kb.
• Глобальными и региональными процессами социального и экономического развития прогнозно-аналитический, 695.39kb.
• Прогнозно-аналитический центр, 5181.49kb.
• Прогнозно-аналитический центр, 4951.97kb.
• Глобальными и региональными процессами социального и экономического развития прогнозно-аналитический, 2394.81kb.
• Прогнозно-аналитический центр, 1744.36kb.
• Прогнозно-аналитический центр, 2965.73kb.
• Прогнозно-аналитический центр, 4708.56kb.
• Сравнительное богословие, 6204.09kb.
• Сравнительное богословие, 6526.58kb.

Влияние «наблюдателя»

Вернёмся к опытам Юнга и Фейнмана с точки зрения влияния «наблюдателя» на ход эксперимента. Для этого повторим описание опыта Фейнмана Грином с иллюстрациями из книги Грина (выделено нами):


«Фейнман усомнился в основном классическом предположении, согласно которому каждый электрон проходит либо через левую щель, либо через правую. На первый взгляд это предположение настолько фундаментально, что сомневаться в нём нелепо. В конце концов, разве вы не можете заглянуть в область, расположенную между щелями и фосфоресцирующим экраном, и посмотреть, сквозь какую щель проходит каждый электрон? Да, вы можете. Но тем самым вы измените эксперимент. Чтобы увидеть электрон, вы должны сделать с ним что-нибудь — например, осветить его, т. е. столкнуть с ним фотон. В повседневных масштабах фотон действует как исчезающе малый зонд, который отскакивает от деревьев, картин и людей, не оказывая практически никакого влияния на движение этих сравнительно больших материальных тел. Но электрон — это ничтожно малая частица материи. Независимо от того, насколько осторожно вы будете определять щель, через которую он прошёл, отражающиеся от электрона фотоны неизбежно повлияют на его последующее движение. А это изменение движения изменит результат нашего эксперимента.

Если ваше вмешательство будет достаточно сильным для того, чтобы вы смогли определить щель, через которую прошёл электрон, результат эксперимента изменится, и вместо картины, показанной на рисунке,



вы получите картину, подобную той, которая изображена на рисунке:



Квантовый мир гарантирует, что как только вы установили, через какую щель, правую или левую, прошёл каждый электрон, интерференция между этими двумя щелями исчезнет.

Таким образом, Фейнман укрепился в своих сомнениях: хотя повседневный опыт говорит о том, что электрон должен проходить через одну из двух щелей, к концу 1920 х гг. физики поняли, что любая попытка проверить это якобы фундаментальное свойство неизбежно приведёт к искажению результатов эксперимента».

Иными словами, Фейнман предположил, что любое влияние на вероятностную картину всего спектра траекторий движения микрочастицы со стороны субъекта «наблюдения» способно определить единственный путь движения и конечную точку движения, что в мире больших тел подчиняется ньютоновским законам. Согласно такой логике, если «наблюдателей» несколько (а тем более, если несколько “голографических” «точек наблюдения»), то, по тому же Фейнману, путь движения частицы должен определяться суммарным эффектом от всех возможных влияний «наблюдателей», которым соответствуют определённые фейнмановские «числа» (вероятности). И, соответственно, этот путь приводит к конкретному положению частицы, определяемому «коллективно» избранным путём.

Фейнман не был приверженцем Теории суперструн и, как мы видим, в своих рассуждениях вполне мог показать, что Объективная реальность характеризуется матрицей возможных состояний материи (картина «одномоментных предложений» всех возможных вариантов движения и состояния), в которой реализуется одна возможность при переходе в реальный ньютоновский мир. Он оперировал с микрочастицами материи (точнее — с электронами), у которых, согласно его экспериментам, существуют свойства пребывать одновременно на всех возможных траекториях, создавая «наблюдателю» потенциал выбора из всех объективно заданных возможностей.

Авторы Теории суперструн, теоретически углубившись в квантовый мир до уровня «планковского порядка», считают все микрочастицы, из которых состоит материя — видами колебаний самых мелких субстанций объективной реальности, струн (цитата из книги Грина, выделено нами):


«Петли в теории струн имеют резонансные частоты, подобные резонансным частотам струн скрипки или пианино, на которых они предпочитают колебаться, и которые наше ухо воспринимает как музыкальные ноты и их более высокие гармоники. Но, как мы увидим далее, вместо того, чтобы звучать на определённой музыкальной ноте, каждая из разрешённых мод¹ колебаний струны в теории струн проявляется в виде частицы, масса и заряды которой определяются конкретным видом колебания. Электрон представляет собой один вид колебания струны, и кварк — другой, и так далее. Вместо набора разрозненных экспериментальных фактов свойства частиц в теории струн представляют собой проявления одного и того же физического свойства: резонансных мод колебаний — так сказать, музыки — фундаментальных петель струны. Та же идея применима и к взаимодействиям, существующим в природе. Мы увидим, что частицы, переносящие взаимодействия, также связаны с определёнными модами колебания струны, и, следовательно, все — вся материя и все взаимодействия — объединяются под одной и той же рубрикой колебаний микроскопических струн — «нот», на которых могут звучать струны».


Какие бы модели Вселенной не строили физики, придерживающиеся разных взглядов (сторонники Теории суперструн, либо Фейнмана и т.п.), в принципе есть у них всех общее — то, что высказал Фейнман, и что мы комментировали выше. Кроме этого большинство физиков признают перенос частицами (или струнами) по принципам Фейнмана «взаимодействий», характер которых связан с «настроем частиц» на определённые «резонансные моды колебаний». Эти «резонансные моды колебаний» могут проявляться не только как определённый вид частиц в микромире, но и как определённый спектр возможностей выбора путей движения частиц. И, кроме этого, «резонансные моды колебаний» могут проявляться как определённость выбора конкретного пути из всех возможных «наблюдателем» (или «наблюдателями») в случае, если тот (или те) настроят своё средство «наблюдения» на ту или иную «резонансную моду колебаний».

Это должно теоретически быть хорошо понятно при объединении результатов опытов Фейнмана и ранних опытов с фотоэффектом, когда была доказана прямая зависимость скорости вылетевших с фотопластинки электронов от частоты (а не от энергии — интенсивности) падающего света¹. Частота это — одно из проявлений «резонансной моды колебаний». Если частота света (частота излучения фотонов, «частиц» электромагнитного поля), которым гипотетически можно «освещать» опыт с электроном и двумя щелями разная, то и траекторию мы должны получить разную (тоже гипотетически). Правда для опытного физического подтверждения этого может быть нужны более “тонкие” приёмы влияния на траекторию прохождения частицы через щель и выбор одной из двух щелей.


Как мы уже говорили, авторы и последователи Теории суперструн не взяли на вооружение триединство «материя-информация-мhра»², несмотря на то, что эти предельно обобщённые категории Мироздания (Вселенной) в процессе всех опытов последних двух столетий сами просились к ним в голову для соответствующих выводов. Хотя бы поэтому мы не можем считать Теорию суперструн универсальной окончательной теорией функционирования Вселенной (единой теории поля). Однако, некоторые моменты и выводы развития научно-практической мысли физиков весьма интересны, даже если они рассуждают в категориях квантовой физики или даже — Общей теории относительности.

Рассуждая о «разрыве пространства» (в теорию которого мы не будем вдаваться), как о катастрофе и вообще катастрофах во Вселенной с позиции Теории суперструн, Б.Грин связывает его с фейнмановской теорией:


«Подход Виттена³ акцентирует различие между теорией точечных частиц и теорией струн в случае таких разрывов. Суть различия в том, что вблизи разрыва возможны два типа движения струны и только один тип движения точечной частицы. А именно, струна может двигаться, примыкая к разрыву, как и точечная частица, но, кроме того, она может опоясывать разрыв при движении, — что недоступно для точечной частицы, — как показано на рисунке.



Мировая поверхность, заметаемая струной, служит экраном, который гасит потенциально катастрофические эффекты при разрыве структуры пространства.

В результате опоясывания области разрыва струна экранирует окружающую её Вселенную от катастрофических последствий¹, которые имели бы место в противном случае. В теории струн всё происходит так, как будто мировая поверхность струны (двумерная поверхность, которую заметает струна при её движении в пространстве) эффективно играет роль барьера, на котором все пагубные воздействия геометрического вырождения пространства в точности сокращаются.

Здесь читатель вправе задать вопрос. Что будет, если разрыв действительно произойдёт, но поблизости не окажется струн, которые экранировали бы его? Насколько эффективную защиту от этой кластерной бомбы, взрывающейся в момент разрыва пространства, может дать бесконечно тонкая «броня» струны? Ответ на оба вопроса основан на важнейшем квантово механическом эффекте, рассмотренном в главе 4. Там было показано, что в фейнмановской формулировке квантовой механики объект, будь то струна или частица, движется от одной точки к другой, «разведывая» все возможные траектории. Наблюдаемое в результате движение есть объединение всех возможностей, и отдельные вклады каждой возможной траектории в движение точно определяются формулами квантовой механики. Если структура пространства внезапно разорвётся, то среди всех возможных траекторий движущихся струн окажутся и те, которые опоясывают место разрыва (см. рисунок выше). И хотя кажется, что около разрыва может не оказаться струн, в квантовой механике учитываются все возможные их траектории, и среди таких траекторий многие (в действительности, бесконечное число) будут опоясывать место разрыва. Виттен показал, что вклады именно этих траекторий сокращают эффект космической катастрофы, к которой привёл бы разрыв пространства».

Рассуждая в системе понятий и теорий пространства-времени, последователи Теории суперструн рассматривают «разрыв пространства», как одну из причин катастрофы Вселенной. Если отвлечься от вселенской катастрофы и от пространственно-временных понятий и перейти к более близким и понятным нам катастрофам, например, мировой глобальной катастрофы, катастрофы биосферы, экологической катастрофы, и т.п., то из фейнмановской гипотезы следует, что катастрофа (типа глобальной) возможна лишь в случае, если все возможные варианты (в вероятностной матрице пути достижения цели) будут приводить к этой самой катастрофе. А, как мы знаем, выбор возможных путей (от которых зависит и конечный результат) зависят от «наблюдателя» — субъекта управления.

Цель — тоже представляет собой матрицу возможных состояний (к тому же ещё и иерархически выстроенную: каждой вероятности соответствует своё значение), которые «одномоментно» предоставляются «частице» как возможный потенциал её нахождения. Не зная этой матрицы (цели), тяжело выбрать путь движения к ней из всего спектра. Так и физики, прежде чем выйти на траекторию движения электрона (весь спектр «одномоментных» траекторий — тоже вероятностная матрица, в которой каждая траектория имеет своё фейнмановское число, т.е. иерархически организованную частную меру объективного характера) тоже увидели вероятностную картину его расположения на фотопластинке.

А вот научно точно «подсмотреть» наперёд все возможные пути движения микрочастицы¹ учёные не могут. Эту научную неопределённость выразил в 1927 году В.Гейзенберг² (цитата из книги Б.Грина):

«Квантовую механику трудно понять на интуитивном уровне, ещё труднее, чем теорию относительности — для этого нужно начать мыслить подобно миниатюрному человечку, родившемуся и выросшему в микромире. Существует, однако, одно положение этой теории, которое может служить путеводителем для интуиции, своего рода пробным камнем, который отличает квантовую логику от классической. Это соотношение неопределённостей, открытое немецким физиком Вернером Гейзенбергом в 1927 г.

Это соотношение выросло из проблемы, с которой мы уже сталкивались выше. Мы установили, что процедура определения щели, через которую проходит каждый из электронов (т. е. определение положения электронов), неизбежно вносит возмущения в их последующее движение. Однако вспомним, что убедиться в присутствии другого человека можно разными способами — можно дать ему увесистый шлепок по спине, а можно нежно коснуться его. Тогда что мешает нам определить положение электрона с помощью «более нежного» источника света, который бы оказывал меньшее влияние на его дальнейшее движение? С точки зрения физики XIX в. это вполне возможно. Используя всё более слабую лампу (и всё более чувствительный датчик светового излучения), мы можем оказывать исчезающе малое влияние на движение электрона. Но квантовая механика демонстрирует изъян в наших рассуждениях. Известно, что уменьшая интенсивность источника света, мы уменьшаем количество испускаемых фотонов. Когда мы дойдём до излучения отдельных фотонов, мы уже не сможем далее уменьшать интенсивность света без того, чтобы не выключить его совсем. Это фундаментальный квантово механический предел «нежности» нашего исследования. Таким образом, всегда существует минимальное возмущение, которое мы вносим в движение электрона путём измерения его положения.

Что ж, все это верно. Однако закон Планка говорит, что энергия единичного фотона пропорциональна его частоте (и обратно пропорциональна длине волны). Следовательно, используя свет всё меньшей и меньшей частоты (и, соответственно, всё большей длины волны), мы можем делать отдельные фотоны всё более «нежными». Однако и здесь есть загвоздка. Когда волна направляется на объект, получаемая информация будет достаточной для того, чтобы определить положение объекта с некоторой неустранимой погрешностью, равной длине волны. Для того чтобы получить интуитивное представление об этом важном факте, представим, что мы пытаемся определить положение большой скалы, находящейся немного ниже уровня моря, по влиянию, которое она оказывает на проходящие морские волны. Приближаясь к скале, волны образуют замечательно упорядоченную последовательность следующих одни за другими гребней и впадин. После прохождения над скалой форма волн искажается — верный признак наличия подводной скалы. Но подобно самым мелким делениям на линейке, отдельный цикл волны, образованный гребнем и впадиной, является мельчайшей единицей в последовательности волн, поэтому, если мы наблюдаем только возмущение в движении волн, мы можем определить положение скалы лишь с точностью, равной одному волновому циклу, или длине волны. В случае света составляющие его фотоны представляют собой, грубо говоря, отдельные волновые циклы (при этом высота циклов определяется числом фотонов); следовательно, при определении положения объекта фотон даёт точность, равную длине волны.

Таким образом, мы сталкиваемся со своего рода квантово-механической компенсацией. Если мы используем высокочастотный свет (малой длины волны), мы можем с высокой точностью определить положение электрона. Но высокочастотные фотоны несут очень большое количество энергии и поэтому вносят большие возмущения в скорость движения электронов. Если мы используем низкочастотный свет (большой длины волны), мы минимизируем его влияние на движение электрона, поскольку фотоны, составляющие этот свет, имеют относительно низкую энергию, но в этом случае мы вынуждены пожертвовать точностью определения положения электрона. Гейзенберг выразил всё это в виде математического соотношения между точностью измерения положения электрона и точностью определения его скорости. Он установил, что эти величины обратно пропорциональны друг другу: большая точность в определении положения неизбежно ведёт к большей погрешности в определении скорости, и наоборот. Что ещё более важно, хотя мы и ограничили наше обсуждение одним конкретным способом определения местоположения электрона, согласно Гейзенбергу компромисс между точностью определения положения и скорости является фундаментальным фактом, который остаётся справедливым независимо от используемого оборудования и метода измерения. В отличие от теорий Ньютона и даже Эйнштейна, в которых движущаяся частица описывается её положением и скоростью, согласно квантовой механике на микроскопическом уровне вы не можете знать оба этих параметра с одинаковой точностью. Более того, чем точнее вы знаете один параметр, тем больше погрешность другого. Хотя мы ограничили наше описание электронами, то же самое относится ко всем составным элементам мироздания».

Правда высказанное выше не означает, что человек лишён возможности некоторым образом определять если не все, то некоторую часть возможных путей движения к цели, которые открыты для реализации. Только это уже не сфера научных опытов и гипотез.

Точность научных исследований в области определения наиболее вероятностных путей движения объекта к цели (из всех возможных) падает при возрастании грубого “хирургического” вторжения физических опытов в гармонично настроенный процесс работы Вселенной¹.