?

Log in

No account? Create an account
Recollection notes
Реальность квантовой странности 
12-мар-2017 04:19 pm
…или к вопросу об измерении реальности волновой функции.

~ • ~ • ~
"Вы действительно верите, что Луна существует лишь когда вы смотрите на неё?"
Этот известный вопрос Альберта Эйнштейна аккумулирует в себе как суть продолжающихся уже сотню лет научных дебатов по поводу проблемы измерений, так и сущность самой природы волновой функции.

В фильме Акиры Куросавы "Расёмон" самурая убивают, но из фильма так и не понятно кто и почему? Различные вовлечённые в историю персонажи рассказывают свои версии этих событий, но все их свидетельства противоречат одно другому. И в результате вы остаётесь в сомнениях: Какая же из этих историй правда?

Но сам этот фильм заставляет вас задуматься также о другом, более глубоком вопросе: Существует ли вообще истинная история или вся наша вера в определённую, объективную, независящую от наблюдателя реальность является иллюзией?

Опубликованная в журнале Nature Physics статья предоставляет новые экспериментальные данные, поддерживающие последний сценарий — о существовании "Расёмон-эффекта" не просто в наших описаниях природы, но и в самой природе.

За прошедшие сто лет, многочисленные эксперименты над элементарными частицами перевернули и поставили с ног на голову всю классическую парадигму причинной, детерминистской вселенной.

Возьмём, к примеру, так называемый эксперимент с двумя щелями. Мы стреляем пачкой элементарных частиц — скажем, электронов — в экран, способный регистрировать их удар. Но перед экраном мы помещаем частично проходимое препятствие: стену с двумя тонкими параллельными вертикальными щелями. Мы смотрим на результирующий рисунок электронов, появляющийся на экране. И что же мы видим?

Если бы электроны были подобны маленьким шарикам (во что заставляла верить нас классическая физика), тогда каждый из них проскакивал бы через одну из щелей, а мы при этом увидели бы на экране две отдельные полосы, каждая за своей щелью. Но на самом деле видим мы нечто совершенно другое: интерференционную картину, как если бы две волны сталкивались, создавая рябь на воде.

И что удивительно, то же самое происходит, если мы начинаем выстреливать электроны по очереди — что говорит о том, что каждый электрон неким образом действует подобно волне, интерферируя сам с собой, как если бы он проходил через обе щели одновременно.

То есть, электрон — это волна, не частица? Не спешите с выводами. Поскольку, когда мы помещаем у щелей приборы, которые "метят" электроны в соответствии с той щелью, через которую они проходят (что позволяет нам узнать их местонахождение), интерференционный паттерн исчезает. Вместо этого, мы видим на экране две классические полосы, как будто наши электроны, внезапно осознав, что за ними наблюдают, решили вести себя как приличные маленькие шарики.

Чтобы проверить эту их приверженность к тому, чтобы вести себя подобно частицам, мы можем метить их также при прохождении через щели — но после этого, используя другой прибор, стирать эти метки до того, как электроны ударятся об экран. Если мы делаем это, то электроны вновь возвращаются к своему волноподобному поведению, и интерференционный рисунок чудесным образом снова проявляется.

Нет конца различным практическим шуткам, которые мы можем разыгрывать с бедным электроном! Но с усталой улыбкой, он всегда при этом смеётся над нами в ответ. Электрон представляется нам странным гибридом волны и частицы, про который нельзя сказать ни что он здесь и там, ни что он здесь или там. Подобно хорошо подготовленному актёру, он играет ту роль, которую был призван исполнить. Как будто всем своим существованием он решил доказать нам верность известной максимы епископа Джорджа Беркли: "быть — значит быть воспринимаемым".

Действительно ли природа настолько странная?
Или это просто кажущаяся странность, являющаяся отражением нашего несовершенного знания о природе?

Ответ зависит от того, каким образом вы будете интерпретировать уравнения квантовой механики — математической теории, разработанной для описания взаимодействия элементарных частиц. Успешность этой теории не имеет себе равных: Её предсказания, какими бы «жуткими» они ни казались, всегда проверялись и подтверждались наблюдениями с поразительной точностью. Она стала также основой для замечательных технологических достижений. Так что это действительно мощный инструмент. Но является ли он также отражением картины реальности?

В этом смысле, одним из самых больших вопросов здесь является интерпретация так называемой волновой функции, описывающей состояние квантовой системы. Для отдельной частицы, такой как электрон, волновая функция даёт информацию о вероятностях наблюдения данной частицы в определённых местах, также как вероятностях результатов других измерений, которые вы можете проделать над данной частицей, например, измерения её импульса.

Соответствует ли непосредственно эта волновая функция некой объективной, независящей от наблюдателя физической реальности или может быть она просто представляет собой частичное знание наблюдателя об этой реальности?

Если волновая функция основана на знании, то вы можете дать оправдание странным квантовым феноменам, сказав, что подобные вещи лишь представляются нам таким странным образом, поскольку наше знание реального состояния дел является недостаточным.

Однако новая статья из журнала Nature Physics даёт убедительные доказательства того, что это не так. Выводы статьи основываются на результатах экспериментов, использовавших пучки специально подготовленных фотонов для проверки определённых статистических свойств квантовых измерений. Если объективная реальность вообще существует, то статья как раз наглядно демонстрирует, что волновая функция основывается всё-таки не на знании, а на реальности. 

То есть, выводы этого исследования подразумевают, что мы не просто слышим разные «истории» об электроне, лишь одна из которых истинная. Скорее, действительно существует одна истинная история, но она содержит в себе множество граней, кажущихся противоречащими друг другу, точно также как и в фильме "Расёмон". Так что, действительно мы не сможем уже вырваться из этой загадочной  — как некоторые скажут, мистической — природы квантового мира.

Но что всё это значит для нас (если действительно что-то значит) в отношении нашей собственной жизни? Мы должны быть здесь аккуратными в выводах, осознавая, что вся эта странность квантового мира не подразумевает напрямую наличия того же рода странности в мире нашего повседневного опыта. Причина в том, что как известно, вся эта туманная квантовая странность индивидуальных элементарных частиц быстро рассеивается в больших ансамблях частиц (феномен, который часто называют "декогеренцией"). Именно поэтому мы фактически и можем описывать объекты вокруг нас на языке классической физики.

Думаю, нам, скорее, стоит рассматривать все эти парадоксы квантовой физики в качестве метафоры, указывающей на неизвестные бесконечные возможности нашего собственного существования. Очень уместно и элегантно эта идея выражена в Ведах: "Каков атом, такова и вселенная; каков микрокосм, такой же и макрокосм; каково человеческое тело, такое и тело космическое; какова человеческая мысль, такова и мысль космическая".

~ • ~ • ~

Links:

"The Reality of Quantum Weirdness"
/ by Edward Frenkel /

Measurements on the reality of the wavefunction
/ Nature Physics 11, 249-254 (2015) /

перевод: larkin_donkey
Комментарии: 
12-мар-2017 01:41 pm
опыт так или иначе отражается в языке, назовёте "частицей" будет частица, "волной" будет волна, хоть горшком: можно ещё средневековый спор номиналистов и реалистов вспомнить, наука топчется на месте (а Расёмон это экранизация Рюноске Акутагава)
12-мар-2017 02:42 pm
ну да, фильм — экранизация рассказа Акутагавы "В чаще", а само название и место действия взяты из другого его рассказа — "Ворота Расёмон" (в отношении эксперимента с щелями как раз символичное название)

но я не понял, что значит "как назовёте"? Волну называют волной именно из-за её волновых свойств, которые проявляются в опыте. Конечно, это отражается в языке, но даже если назвать волну частицей, то каким образом она при этом утратит свои воспринимаемые волновые свойства?
12-мар-2017 03:08 pm
нет они называют именно "электрон": " Электрон представляется нам странным гибридом волны и частицы, про который нельзя сказать ни что он здесь и там, ни что он здесь или там" хотя Эл. и есть "элементарная частица" по определению!
12-мар-2017 07:06 pm - Реальность квантовой странности
Пользователь mishuk_m сослался на вашу запись в своей записи «Реальность квантовой странности» в контексте: [...] Оригинал взят у в Реальность квантовой странности [...]
12-мар-2017 09:24 pm
А я щитаю, что стирать память электрону негуманно!
12-мар-2017 09:37 pm
Хехе, даже не знаю что сказать=) А долбать их головой об стенку, пока не вспомнят, насколько гуманнее?)
12-мар-2017 09:40 pm
То другое дело. Летят ведь они добровольно, движимые силой любви (в ее электромагнитной форме).
12-мар-2017 09:47 pm
Ну эт да, хотя нащёт добровольности той силы любви есть всё-таки сомнения )
17-мар-2017 12:49 pm
Вопрос о квантовой запутанности представляется нам чрезвычайно запутанным, гораздо запутаннее, чем сама запутанность!
17-мар-2017 07:45 pm
Да-да, пора уже достать из коробки бедного кота Шрёдингера и распутать его, а самому Шрёдингеру, как полицейские в мультике Футурама, дать в морду за нарушение законов квантовой механики!
18-мар-2017 07:40 am
И за жестокое обращение с животными
22-мар-2017 03:33 am
разве не было сказано что опыт отражается в языке? так и с "возлюби ближнего" каждый под этим понимает своё и в итоге спор о словах (я всё таки не согласен что можно трансформировать отрицательную эмоцию, т.к. она уже совершилась, октава идёт вниз, но только "положительную")
22-мар-2017 11:06 pm
да, пожалуй, одни и те же слова часто подразумевают совершенно различный смысл..

а в восходящей октаве негативные эмоции всегда работают "дьяволом-искусителем", отрицающей частью, которую возможно трансформировать через самовспоминание и самонаблюдение. Если я поддался искушению, то понятно, что ни о какой восходящей октаве уже не может быть речи. Если нет — то эта отрицательная эмоция ещё не свершилась и её энергию возможно использовать и трансформировать. Аналогично, наверное, может трансформироваться (очиститься) и "положительная" эмоция, хотя для этого ей также надо сначала стать частью отрицания.
23-мар-2017 01:04 am
согласен; есть установка "люби" "не гневайся" и сами усилия направленные на сдерживание гнева дают толчок октаве и гнев ещё усилится (почему среди "святых" можно найти столько фанатиков), однако внимание направленное на гнев во время его развития, как раз останавливает приток сил и октава затухает,- обратное происходит при наблюдении за "положительной" эмоцией, она растёт за счёт силы внимания, т.е. если "включить" самонаблюдение во время прилива радости, можно достигнуть положительной эмоции
23-мар-2017 08:56 pm
ну да, они могут при этом достигать уровня Mi 12, что само по себе создаёт ощущение эйфории и "всемогущества"... Хотя обычные "положительные" (или скорее, приятные) эмоции не поднимаются выше 'водорода 24' и в этом смысле часто оказываются гораздо слабее негативных эмоций, которые в нисходящей октаве способны получать прямую подпитку энергий уровня H12 (пример "святых-фанатиков", в этом смысле, действительно показателен)
page loaded at: 17:06 GMT