Г20 Квантовая физика и квантовое сознание. Киев. 2011 300 с

Вид материала

Документы

Содержание Кошка шредингера Еще раз о суперпозиции состояний и кошке шредингера

Подобный материал:

• Физика. Раздел “Атомная физика, 52.71kb.
• Программа по физике для 10-11 классов общеобразовательных, 75.87kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Квантовая теория Для специальности 010701, 319.56kb.
• Физика (греч ta physika, от physis природа), наука о природе, изучающая простейшие, 51.33kb.
• Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 01. 04. 02 «Теоретическая, 115.8kb.
• Программа по дисциплине «Квантовая теория» для специальности 010400 -«Физика» реализуемых, 265.52kb.
• Павел Николаевич Николаев лекция, 471.75kb.
• Квантовая механика, сознание и мост между двумя культурами*, 260.17kb.
• Рабочая программа учебной дисциплины «Физика конденсированного состояния, термодинамика,, 223.9kb.
• Квантовое сознание или мысль-материя?, 192.48kb.

КОШКА ШРЕДИНГЕРА

«Кошкой Шредингера» называют мысленный эксперимента Эрвина Шредингера, которым он также хотел продемонстрировать неполноту или парадокс квантовой механики при переходе от субатомных систем к макроскопическим. Целью работы Шредингера было также обсуждение парадокса ЭПР, опубликованного ранее в том же году. Статья Шредингера примечательно тем, что именно в ней он ввел термин «запутанность», столь важный для новой интерпретации квантовой теории.

Суть мысленного эксперимента такова. В закрытый ящик помещена кошка. Вместе с ней в ящике имеется радиоактивный препарат и емкость с ядовитым газом. Включают секундомер и выбирают такой интервал времени, чтобы вероятность одного распада составила пятьдесят процентов. Если распад за это время произошел, то помещенный в ящик счетчик излучения откроет емкость с газом и кошка погибнет. Это значит, что если неоднократно проводить такой жуткий эксперимент, то половина кошек уцелеет, а половина погибнет. В основе же опыта лежит следующая идея: согласно квантовой механике, никто не может сказать, когда именно распадется ядро, то есть оно как бы находится в квантовой суперпозиции состояний распавшегося и не распавшегося ядра. Соответственно суперпозиции двух квантовых состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, опыт замыслен так, что относительно макрообъекта, кошки, сидящей в ящике, до его открытия нельзя ничего сказать о том, жива она или нет. Получается, что кошка, как и соответствующий квантовый объект, находится в третьем, особом состоянии: она не жива и не мертва. Говоря научным языком, вектор состояния кошки может коллапсировать двумя способами: в сторону жизни и в сторону смерти. Это как бы смесь двух состояний, ситуация, которую аристотелева логика осилить не может, поскольку эта логика двузначная: да или нет.

В заостренной форме этот мысленный эксперимент призван показать следующее: для любого макроскопического объекта можно создать такую ситуацию, когда его состояние определяется состоянием квантового микрообъекта, и если детерминизма нет на микроуровне, то его не будет и на макроуровне. Это противоречит тому интуитивно очевидному, по Шредингеру, обстоятельству, что мы вправе требовать от науки достоверных предсказаний по крайней мере для макрообъектов.

«Кошка Шредингера» — наглядная иллюстрация зависимости результатов квантового эксперимента от наличия наблюдателя. Вне акта наблюдения состояние квантового объекта во многом является неопределенным, нелокализованным. Оказывается, что результаты квантовых экспериментов принципиально не могут быть объективными, так как определяются тем, присутствует ли при этом экспериментатор или нет. Иными словами, в зависимости от способа наблюдения мы можем заставить электрон стать частицей с классическим поведением или стать нелокальным квантовым объектом в смешанном состоянии.

Скажем, в присутствии наблюдателя (классического объекта) электрон пролетает только через одну из двух щелей в экране, то есть ведет себя тоже как классический объект, а при отсутствии наблюдателя (чисто квантовое состояние) — одновременно через две, свидетельствуя о существовании суперпозиции квантовых состояний электрона! Иными словами, факт наблюдения является фильтром, который извлекает из состояния, существовавшего до измерения, одну из содержащихся в нем возможностей.

К анализу имеющейся здесь ситуации полностью применимо то, что показано ранее в отношении подобного мысленного эксперимента Эйнштейна с сотрудниками. В основе парадокса шредингеровской кошки фактически лежит ненаблюдаемость предсказываемых квантовой механикой суперпозиций макроскопических состояний. При этом явление рематериализации (декогеренции) приводит к неразличимости суперпозиции и тем самым позволяет преодолеть парадоксальность квантовой теории в рамках теории открытых систем.

Парадокс «кошки Шредингера» также оказался весьма продуктивным, приведя не только к новым интерпретациям квантовой теории (например, см. раздел «Эвереттика), но и к появлению большого количества литературных произведений, так или иначе обыгрывающих эту парадоксальную ситуацию.

ЕЩЕ РАЗ О СУПЕРПОЗИЦИИ СОСТОЯНИЙ И КОШКЕ ШРЕДИНГЕРА

Как показано ранее, один из фундаментальных принципов квантовой теории связан с так называемой суперпозицией состояний, то есть «наложением» нескольких возможных состояний квантового объекта или системы. При этом чистое состояние описывается вектором состояния, а смешанное — матрицей плотности. Важно подчеркнуть, что это не просто способы описания квантовых объектов, а некие уровни реальности, глубоко выстраданные при становлении квантовой механики и подтвержденные большим количеством тончайших физических экспериментов, абсолютно не укладывающихся в рамки классического подхода.

Наложение состояний представляет собой суперпозицию векторов состояний, что в квантовой механике (в отличие от классической!) означает способность объекта или системы одновременно находиться сразу в двух или нескольких состояниях. Квантовые состояния не складываются, как это имеет место в классической механике, а сосуществуют! Именно благодаря этому возникают некие «сверхъестественные» свойства квантовых объектов — скажем, их способность находиться сразу в разных точках пространства или существовать в непроявленном виде. Последнее означает, что при наличии двух взаимоисключающих (в классическом понимании) состояний они не уничтожают друг друга, но находятся в непроявленном или неявном виде, в свертке, в потенции. Иными словами, чисто квантовые сущности существуют лишь в потенции, недоступны для восприятия и непосредственного наблюдения. Лишь когда за счет контактов или взаимодействий с другими системами они переходят на другой уровень реальности, указанные состояния проявляются в виде локальных объектов, физических свойств, сил, спинов и т. д.

В этом случае происходит разрушение суперпозиции состояний и «проявление» одного из потенциальных состояний системы в его локальном, привычном для нас материальном облике, на ином языке — переход системы на иной, материальный уровень реальности.

Сказанное означает, что когда квантовая система находится в нелокальном состоянии, у нее просто нет привычного для обыденного сознания локального элемента реальности, то есть что она в известной мере необнаружима как «объект» или «тело».

Это, естественно, не означает, что квантовая система «не существует», она не существует в классическом смысле, но она наличествует на глубоком уровне реальности и может проявить себя при внешних воздействиях на квантовую систему — другими системами, силами, приборами, нарушающими чисто квантовое равновесие (суперпозицию состояний).

Сказанное можно пояснить на примере «кошки Шредингера», ярко иллюстрирующем особенность чисто квантовости системы. Квантовая суперпозиция живой и мертвой кошки означает не то, что она может находиться в некоем промежуточном состоянии между жизнью и смертью (классический подход), но, как квантовый объект, действительно существует одновременно в состояниях живой и мертвой кошки, причем то или иное состояние проявляется (материализуется) только благодаря внешнему воздействию, скажем, взаимодействию с наблюдателем.

Это кажется парадоксальным или невозможным лишь в рамках классического подхода, потому что в чисто квантовом состоянии кошки просто нет в качестве локального объекта материального мира — она находится в потенции на уровне квантовой реальности, или в потустороннем мире (мистика), или в информационной сфере (информатика), или в квантовом домене совокупной реальности (квантовая теория) и т. п. Для локализации кошки как тела необходим переход рассматриваемой квантовой системы «кошки Шредингера» в классическую, то есть то, что мы называли рематериализацией (декогеренцией). И лишь после такого перехода мы сможем увидеть ее как классическую кошку и только в одном из этих двух состояний — живой или мертвой.

Случай «кошки Шредингера» наглядно иллюстрирует возможность существования кажущихся «сверхъестественными» состояний, или наличие более глубокой и всеобъемлющей реальности.

С. И. Доронин: «Весь привычный для нас мир материи (вещества и физических полей) оказывается тогда лишь незначительной частью совокупной квантовой реальности. По сути, признание этого факта означает крушение основы мировоззрения большинства из нас. Поэтому многие не готовы принять эти выводы квантовой теории».

Всё сказанное действительно свидетельствует о существовании более глубокой реальности, проявляемой в квантовой теории и в мистике — от барабашек и полтергейста до привидений и телепортаций. Причем физика подошла к этой реальности вовсе не из наличия мистических феноменов, а путем все более глубокого понимания физических (квантовомеханических) процессов и явлений. Но в обоих случаях (физика и мистика) наблюдаемое возникает из ненаблюдаемого, проявленное из непроявленного, телесное из «духовного», причем сознание наблюдателя действительно влияет на бытие, как это имеет место в квантовой теории. Разница между физикой и мистикой разве что в том, что мистические интуиции на несколько тысячелетий упредили выводы наисовременнейшей квантовой теории!