От себя: два наиболее известных и интересных мысленных эксперимента произведенных в рамках квантовой механики
Парадокс кота Шрёдингера
В закрытый ящик помещён кот. В ящике имеется механизм, содержащий радиоактивное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 50 %. Если ядро распадается, оно приводит механизм в действие, он открывает ёмкость с газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдения, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор обязан увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив».
Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции и кот становится либо мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.
Вопреки расхожим представлениям, сам Шрёдингер придумал этот опыт вовсе не потому, что он верил, будто «мёртвоживые» коты существуют; наоборот, он считал квантовую механику неполной и не до конца описывающей реальность в данном случае. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мёртвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это означает, что это верно и для атомного ядра. Оно обязано быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.
Парадокс друга Вигнера
Нобелевский лауреат, доктор Юджин Вигнер, привнес новый, более сложный поворот в проблему Кота Шрёдингера, получив при этом выводы, одновременно и схожие с созданной наблюдателем антропной вселенной Уилера, и поразительно отличающиеся от нее.
Пожалуйста, не забывайте, что мы всегда имеем дело с вероятностями, а не определенностями, поэтому не стоит так волноваться, когда мы достигаем очередного поворота извилистой желтой кирпичной дороги квантовой психологии.
В первичной постановке проблемы Кота мы имели физика в лаборатории, коробку, кота внутри коробки, шарик, наполненный ядовитым газом, и некоторый процесс радиоактивного распада, который рано или поздно приведет к взрыву шарика и смерти кота. Мы обнаружили, что, пока коробка закрыта, уравнения, описывающие квантовый распад, имеют решение, в котором утверждения “кот мертв” и “кот еще жив” являются в равной мере “истинными”, или в равной мере “ложными”, или, наконец, имеют вероятность 50%. Пользуясь логикой фон Неймана, мы могли бы сказать, что оба утверждения находятся в состоянии “может быть”, как монетка, подброшенная в воздух.
Когда мы открываем коробку, мы обнаруживаем либо живого, либо мертвого кота, и “может быть” исчезает, как и в случае с монеткой, которая приземляется орлом или решкой вверх.Таким образом, мы разрушили вектор состояния, открыв коробку.
Отлично, но давайте теперь взглянем на ситуацию глазами другого физика, находящегося за пределами лаборатории. Вигнер назвал второго наблюдателя Другом физика из лаборатории, поэтому новая проблема получила название Парадокс Друга Вигнера.
По прошествии десяти минут, как и в нашем первоначальном примере, физик в лаборатории, Эрнест, открывает коробку и обнаруживает, что кот жив. (Мне больше нравится счастливый исход.)
Для Эрнеста, таким образом, вектор состояния “разрушился”. Вероятности теперь описываются не как “на 50% живой и на 50% мертвый”, а как “на 100% живой и на 0% мертвый”.
Однако Юджин — Друг, находящийся в коридоре,— еще об этом не знает. С его точки зрения, Эрнест в лаборатории находится, как и вся экспериментальная система, в состоянии “может быть”. На более конкретном уровне, Эрнест состоит из молекул, которые состоят из атомов, которые состоят из “частиц” и (или) “волн”, которые подчиняются квантовым законам, поэтому ему будет соответствовать некий вектор состояния... пока он не откроет дверь лаборатории, не просунет в нее голову и не объявит: “Тэбби еще не умер”. Тогда для Юджина вектор состояния будет разрушен сообщением о результате.
Безусловно, все мы состоим из молекул, которые состоят из атомов, которые состоят из “частиц” и (или) “волн”, и все мы пребываем в различных состояниях “может быть”, пока не сделаем выбор в экзистенциальном смысле.
В промежутках между выборами мы, очевидно, возвращаемся в состояние “может быть”. “Существование предшествует сущности”, помните?
Итак, с точки зрения Юджина в коридоре, мы все содержим квантовую неопределенность. Только когда Юджин непосредственно нас наблюдает, эта квантовая неопределенность “коллапсирует”, превращаясь в определенное “он это сделал” или “он этого не делал”.
На другом берегу океана другой физик, Элизабет, нетерпеливо ждет результата этого смертоносного эксперимента.
С ее точки зрения, вектор состояния не коллапсирует, когда Эрнест сообщает Юджину: “Кот жив”. В мире Элизабет вектор состояния коллапсирует, только когда Юджин бежит к телефону, факсу, компьютеру или чему-либо еще и передает сигнал: “На этот раз кот жив”. Для Элизабет вектор состояния коллапсирует с приходом этого сигнала. Таким образом, в ее вселенной именно этот сигнал разрушает вектор состояния.
Четвертый физик, Робин, беспокойно ждет вестей от Элизабет... и в мире Робина вектор состояния все еще не коллапсировал...
И так далее... для любого числа наблюдателей.
Кажется, мы вернулись к фоннеймановской катастрофе бесконечного регресса, только в другой форме.
Некоторые попытаются избежать очевидных следствий при помощи заявления, что вектор состояния существует только как математическая формула в головах людей, причем не всех, а только физиков. В этом случае проблема Друга Вигнера не имеет такого радикального значения, как открытая Эйнштейном относительность показаний приборов. Ведь относительность здесь (того, когда вектор состояния коллапсирует) существует лишь в наших понятиях, тогда как эйнштейновская относительность существует в показаниях измерителей.
Это возражение игнорирует фундаментальное открытие квантовой механики, добрую дюжину формулировок которого я уже привел ранее в этой книге, но которое до сих пор остается настолько “чуждым” аристотелевской культуре, что мы постоянно о нем забываем. Данное открытие заключается в следующем:
1. Мы не можем делать осмысленных утверждений о некотором предполагаемом “реальном мире” или некоторой “глубокой реальности“, лежащей в основе “этого мира”, или некоторой “истинной реальности”, и т.д., не учитывая самих себя, наших нервных систем и других инструментов.
Любое утверждение, которое мы делаем относительно подобной “глубокой” реальности, существующей отдельно от нас, никогда не может стать объектом доказательства или опровержения и поэтому “не имеет смысла” (является “шумом”).
2. Любое бессмысленное научное, экзистенциальное или феноменологическое утверждение сообщает о том, каким образом наши нервные системы или другие инструменты восприняли то или иное событие (события) в пространстве-времени. Читатель уже познакомился с несколькими вариациями этой идеи и выполнил упражнения, помогающие (как я надеюсь) прояснить ее экспериментально. Тем не менее аргумент Вигнера некоторым из вас, вероятно, все еще кажется немного “странным”. Но ведь он касается только вероятностей, как я уже отметил в начале этой главы, и 1) не описывает “глубокую” реальность, отдельную от нас, а также 2) не описывает тип “реальности”, который мы воспринимаем посредством нашей нервной системы и других инструментов, поэтому аргумент Вигнера можно расценивать как имеющее смысл научное высказывание.
Попробуем в обратном порядке. Вердикт “здравого смысла” гласил бы: “Чертов кот либо жив, либо мертв, даже если никто и никогда не откроет коробку”. Так как, по определению, это утверждение невозможно проверить, оно бессмысленно. Как только мы начинаем его проверять и кто-либо заглядывает в коробку, “здравый смысл” и аристотелевская “реальность” исчезают и появляется операциональная неаристотелевская “реальность”. Короче говоря, как только имеет место проверка, мы вступаем в область науки, экзистенциализма и высказываний, имеющих смысл.
