Текст постепенно подбирается к взаимодействию квантовой физики и сознания физика 
, т.е. это то, о чём меня пытали некоторые ещё в самом начале этой темы 
Но, конечно мы не будем спешить.
Так, что в этом куске речь по моему идет, о том, как математическая модель описывающая квантовые процессы даёт сбой в одном месте.
Мне пока не ясно, как это сочетается с ранними заявлениями, что математический аппарат описывающий квантовую физику безупречен.
Ну, да пока ладно, тут я скорее всего что-то упустил.
И разумеется стоит поговорить о знаменитом эксперименте с Котом Шрёдингера и почему он собственно знаменит?
А так же текст подбирается к явно любезной сердцу автора "многомировой интерпретации квантовой физики", каковую он без всякого стеснения рекламирует, так что автор далеко не беспристрастен и это надо учитывать.Судьбу квантовой системы определяют два математических выражения: волновая функция и уравнение Шрёдингера. В них и отражается вероятностная природа квантового мира. А также самая великая тайна квантовой вселенной: как и почему происходит коллапс волновой функции (редукция волновой функции в другой терминологии).
Вы уже знаете, что это такое.
Это процесс, при котором размазанный по вселенной квант вдруг неожиданно решает схлопнуться, превратив вероятность своего существования в реальность. Квантовые уравнения определяют только вероятность нахождения того же электрона в том или ином месте, а замер (воздействие) присваивает электрону реальное время и место. В этом и состоит физический смысл волновой функции, которую обозначают греческой буквой «пси» – ψ.
Теперь, немного попривыкнув к вероятностной природе мира, разберемся, что же не так в этом самом коллапсе и почему некоторые физики говорят, что здесь каким‑то образом замешано сознание?
Все дело в математическом аппарате квантовой физики. В том, что линейные уравнения квантовой механики не предполагают никакого коллапса волновой функции. Согласно математической формалистике, никакой редукции волновой функции происходить просто не может! Понимаю, что каждая формула в научно‑популярной книжке, как говорят знающие люди, вдвое сокращает число читателей, поэтому у нас с вами будут тут игрушечные, упрощенные формулы. Формулы как бы понарошку, но в обрамлении совершенно непогрешимой математической логики.
Вернемся к ранее использованному прекрасному примеру. Вот есть у нас два ящика, обитых черным бархатом. И одна красивая, сверкающая, отполированная, белая, словно бильярдный шар из слоновой кости, частица, которая может по результатам эксперимента оказаться только в одном из ящиков. Ну, просто потому что реальные частицы в нашем реальном мире не могут находиться одновременно в двух местах. Это основа физического реализма. Каковой реализм так самоотверженно пытался защитить Эйнштейн (заодно с пристегнутым к нему фатализмом, о чем старик, видимо, не догадывался). Но так и не защитил: микромир оказался в своей основе квантовым, то есть принципиально неопределенным, и лишь на уровне макромира он выглядит привычно‑реальным, твердым и надежным.
Но мы помним, что красивая белая бильярдная частица окажется в одном из черных ящиков только после замера, то есть после того, как мы проведем опыт по обнаружению частицы: откроем крышку черной коробки, заглянем туда и увидим в каком‑то ящике эдакую красоту. Теперь внимание, уж извините, но задам читателю контрольный вопрос:
– А где была частица до этого?
Вы уже знаете ответ! Квантовая механика как одна из самых доказанных и тысячекратно проверенных областей физики с ее прекрасным математическим формализмом утверждает (и это утверждение доказано эмпирически, то есть экспериментальным путем – опытами по проверке неравенства Белла), что до замера частица не находилась нигде конкретно. Она была «размазана» в пространстве и находилась одновременно в обеих коробках, то есть ее «трепетание» одновременно жило в двух местах. Иными словами, «частица» пребывала в состоянии, именуемом суперпозицией, то есть реальной частицей не была. Слово «суперпозиция» – просто синоним слова «сумма». То есть «частица», еще не будучи настоящей частицей, пребывала в состоянии волны или размазанного в пространстве облачка и ее состояние математически описывалось как сумма всех возможных состояний.
Обозначим нахождение частицы в левой коробке значком ψ1, а в правой – ψ2. Вероятность частицы оказаться в левой коробке обозначим как Р1, а в правой – Р2. Предположим, эти вероятности равны, но в данном случае для нас это неважно.
Тогда общее состояние системы до замера будет записано формулой:
Ψ = Р1 ψ1 + Р2 ψ2,
что означает: с вероятностью Р1 частица окажется в левой коробке, а с вероятностью Р2 – в правой. Это и есть сумма состояний. Суперпозиция[1].
А что будет после замера?
А после замера по какой‑то неведомой и не вытекающей из квантовой механики причине состояние системы запишется как:
Ψ = ψ1 или Ψ = ψ2,
то есть нечто эфемерное и размазанное превратится в реальную частицу, лежащую в левом или правом ящике. А куда же денется еще один член формулы?
Редукция выскакивает как черт из табакерки и ломает всю математику, хотя из самой линейной математики, повторюсь, этого никак не следует. Но это следует из реальности, нас окружающей.
Или все‑таки нам редукция только мерещится, ведь из математической физики она никак не вытекает? Либо, напротив, ничего не мерещится, а просто квантовая механика хромает, она недоработана, неполна?
На этот вопрос мы уже отвечали – полнее некуда. За сто лет не было обнаружено ни одного факта, который бы противоречил квантовой механике. Она всегда выигрывает у своих оспаривателей. Более того, она ежедневно проверяется практикой. Именно на квантовой механике, точнее, на обсчитываемых ею квантовых эффектах работают современные устройства. Квантовая механика давно уже не теоретические разглагольствования физиков, а надежный рабочий инструмент инженеров. Все последние полвека нас буквально окружают приборы, основанные на квантовых эффектах: транзисторы и микрочипы, резонансные туннельные диоды и лазеры, туннельные микроскопы, знакомые всем устройства с аббревиатурами МРТ и GPS, силовые микроскопы (которые позволяют манипулировать отдельными атомами). Сюда же надо отнести квантовую криптографию и квантовую информатику (которая, правда, пока еще находится в эмбриональном состоянии). По оценкам некоторых экономистов, до трети ВВП развитых стран связано с технологиями, которые были бы невозможны без квантовой механики.
В общем, инструмент это рабочий, надежный, и почему он ломается в момент измерения и допускает коллапс, то есть отстрел куска формулы, непонятно.
Это может показаться ерундой – в конце концов, что такое математика, она же как бы не существует! Опытная физическая реальность важнее абстрактных математических придумок! Впрочем, о «существовании» и «реальности» математики мы еще поговорим, а равно и о том, что именно голая математика, по‑видимому, и лежит в базисе физического мира, то есть разговор о разных гранях существования и бытия у нас впереди. Но вообще, если в работающей и непротиворечивой теории существует такая неожиданная вещь, как произвольное выкидывание формул в помойку и директивно‑командное указание – «внимание, теперь остается только один кусок уравнения!» – это вызывает смутные подозрения. Что‑то здесь явно не так!
А где «здесь»? В какой момент мы должны отказаться от великолепного формализма, чтобы сказать: вот именно в этот момент начинается реальность, а Великая Неопределенность квантовой механики заканчивается самым постыдным (для математики) образом?
Может быть, коллапс волновой функции происходит в момент взаимодействия квантовой системы с макроприбором? Велик соблазн сказать, что так и есть. Маленький нежный волнительный «микромирчик» не выдерживает столкновения с весомым, грубым, зримым макромиром. И убивается об него, бедняжка. Но…
Но ведь любой большой прибор состоит из микрочастиц. И если мы будем последовательными парнями, то можем продолжить играть в наши физические формулы. Что нам мешает включить в квантовую систему и прибор, также состоящий из квантов? По уму, квантовая частица, вступив во взаимодействие с другими частицами (прибором) должна запутаться с ними. И у них должна образоваться общая судьба в виде общей волновой функции.
Предположим, мы меряем, в какой черной коробке оказалась белая частица, с помощью физического прибора – какого‑нибудь регистратора со стрелкой или фотофиксатора. Тогда, если частица окажется в левой коробке, состояние прибора, указавшего стрелкой влево, обозначим как Ф1, если в правой – Ф2. Ну, а состояние прибора до замера обозначим Ф0 (стрелка по центру шкалы). Тогда состояние всей системы до замера запишется так:
(Р1 ψ1 + Р2 ψ2) Ф0 = Р1 ψ1 Ф0 + Р2 ψ2 Ф0.
Что мы тут видим? Ту же суперпозицию из двух возможных состояний, только с включенным в систему прибором, который пока еще не сработал. А когда сработает, система будет описываться так:
Ψ = Р1 ψ1 Ф1 + Р2 ψ2 Ф2.
Первое слагаемое – частица с вероятностью Р1 окажется в состоянии ψ1, заставив при этом прибор указать стрелкой на левый ящик (Ф1). Второе слагаемое – частица с вероятностью Р2 окажется в правом ящике (ψ2), заставив прибор принять состояние Ф2 (его стрелка отклонилась вправо).
Ну, и где вы тут видите какую‑то редукцию? Как была сумма, то есть суперпозиция вариантов, так и осталась!
А зачем, кстати, мы включили в схему макроприбор, фиксирующий состояние? Почему обесчеловечили ситуацию? Мы ведь прекрасно можем открыть коробку и сами посмотреть – чего там творится. Соответственно, физическим прибором можно вполне посчитать и человеческий глаз. И мозг, в котором происходит обработка и фиксация информации. И как тогда будет выглядеть формула, если Ф1 и Ф2 обозначают не разные состояния прибора со стрелкой, а разные состояния мозга с его разными биофизическими реакциями, фиксирующими тот или иной вариант? Да точно также!
Р1 ψ1 Ф1 + Р2 ψ2 Ф2.
Чтобы продемонстрировать тот факт, что квантовую неопределенность (суперпозицию) можно вытащить из микромира в реальный мир, Эрвин Шрёдингер и придумал свой знаменитый мысленный эксперимент, получивший название «кот Шрёдингера». Вы наверняка про этот эксперимент знаете, он описан в тысячах популярных книг и даже попал на футболки и кружки вместе со знаменитой формулой Эйнштейна.
Итак. У нас есть большой черный ящик, в котором сидит кот. Его туда посадил сам Шрёдингер, загадочно улыбаясь. А также приладил к ящику хитрое устройство. В его составе атом, который в течение некоего срока может распасться с вероятностью 1/2. Если он распадается, прибор это улавливает и приводит в действие молоток, разбивающий ампулу с синильной кислотой, убивающей кота.
Как нам по прошествии указанного срока узнать, кот жив или мертв? Состояние атома описывается суммой, то есть с точки зрения квантовой механики атом находится в состоянии суперпозиции: он одновременно и распавшийся и нераспавшийся. Конкретизирует это состояние, то есть вводит его в нашу привычную реальность (по сути, сделает реальным) только замер. Поскольку «сигнальной лампой» у нас в эксперименте является состояние кота, мы должны открыть крышку и посмотреть – жив кот или нет. Если жив – атом еще не распался. Если мертв – распался.
Однако, поскольку состояние кота напрямую связано (запутано) с состоянием атома, получается, что до проведения замера мы вынуждены описывать и состояние кота тоже как суперпозицию «кот жив» + «кот мертв». Но это же абсурд!
Квантовая физика и современная картина мира Clip_image001
Ведь на самом деле кот не может быть одновременно и живым и мертвым! Это подсказывает нам простая логика макромира!
И вот здесь, друзья мои, я должен вам признаться, что испытал сейчас сильное желание взять слова «на самом деле» в кавычки. Потому как в такой ситуации уже непонятно, что представляет собой это «самое дело». Что такое «реальность»? Есть реальность в узком смысле – та, которую защищал Эйнштейн. Это реальность макромира с привычной нам определенностью положений, траекторий, скоростей. И есть гораздо бо́льшая реальность квантового мира, которая включает в себя нашу привычную «механическую реальность», как большая матрешка маленькую. Об этих двух реальностях мы еще поговорим. А пока закончим фокусы с черными ящиками.
Для того, чтобы примириться с математическим обломом, был придуман постулат редукции фон Неймана[2]. Он заключается в том, что эволюцию изолированной квантовой системы, которая «не коснулась макромира», нужно описывать линейными уравнениями квантовой механики, а когда коснулась, смело отбрасывать те члены уравнения волновой функции, которые в натуре не наблюдаются. И не переживать по этому поводу.
Ладно, переживать не будем. Хотя неприятный осадочек остался…
Ведь это что у нас получается, если вдуматься: как в случае с котом, так и в случае с красивой частицей в одном из черных ящиков? В теории – та же суперпозиция, то же запутанное состояние, только в него теперь включились прибор, глаз, мозг и весь мир, потому что мир, в котором частица оказалась слева, это совсем не тот же мир, в котором частица оказалась справа. Особенно, если на карту поставлено что‑то серьезное, например, ядерная война, зависящая от этого выбора.
Так почему же мы всегда видим только одну реальность? Куда девается второй член формулы, и куда девается второй мир?
Совершенно все равно, что находится в воображаемом ящике: белый шар, черный кот или толстый бегемот, вопросы остаются: как так получается, что квантовый мир не допускает редукции, а мы ее наблюдаем? Неужели сам факт наблюдения каким‑то образом влияет на это? Но ведь наблюдение есть функция сознания…
Чтобы избавиться от этого квантового парадокса американский физик Хью Эверетт еще в 1957 году предложил решить эту проблему настолько радикально, что никто из тогдашних физиков всерьез его интерпретацию квантовой механики не принял. А сейчас ее разделяют все больше физиков[3], и носит она название «многомировая интерпретация Эверетта» или эвереттика. Вы наверняка о ней слышали, как и о шрёдингеровском коте.
[1] Квантовая система описывается так называемом вектором состояния в гильбертовом пространстве. Что это такое, объяснить невозможно. Самое простое будет сказать, что данный вектор – это абстрактный математический объект, не напоминающий ничего из привычных нам физических параметров, присущих классическим системам. Есть определенные правила сложения и перемножения таких векторов. Причем, что интересно, в квантовой механике вовсю фигурируют комплексные числа, в состав которых входит мнимая единица, то есть квадратный корень из минус единицы. С точки зрения привычного нам школьного курса это вещь невозможная, ведь «минус на минус дает плюс», поэтому корня из минус единицы просто быть не может. Но у математиков бывают и не такие закидоны!.. И здесь даже само название «мнимая единица» как бы прозрачно намекает нам на нереальность всего этого зыбкого и удивительного квантового мира.
[2] И. Нейман. Математические основы квантовой механики, пер. с нем. М. К. Поливанова и Б. М. Степанова. – М.: Наука, 1964.
[3] Если в 1957 году никто не принял концепцию Эверетта, а уж Бор отнесся к ней максимально холодно, огорчив Эверетта и заставив его приналечь на спиртное (это не шутка), то опрос, проведенный журналом «New Scientist Mag» в январе 2017 года, дал потрясающий результат. Среди опрошенных полутора сотен квантовых физиков 39 % придерживались старомодной боровской, то есть копенгагенской интерпретации квантовой механики (которую кратко можно выразить так: «заткнись и просто считай»); четверть всех физиков придерживалась иных интерпретаций, включая многомировую интерпретацию Эверетта, а 36 % вообще никогда не задавались вопросами об интерпретациях. Последних можно сравнить с агностиками, а не с «атеистами» Бора. Агностики, как известно, существование бога не отрицают, они просто не задаются столь туманными вопросами, им все равно. Многие из этих «агностиков» были настолько не в теме, что даже не особо разбирались в тонкостях различных интерпретаций квантовой механики, им было достаточно работающих уравнений. У них даже не было твердой уверенности «атеистов‑копенгагенцев» в том, что задаваться вопросами физического толкования уравнений квантовой механики философски неоправданно и бессмысленно, они этим просто не интересовались! Один из опрошенных написал, что считает подобные опросы пустой тратой времени.
Но сам факт того, что число поклонников Эверетта, спившегося от огорчения и непонимания, столь значительно выросло в физической среде, заставляет задуматься!
