Физики из Австрии и USA опубликовали результаты опроса своих коллег по поводу того, как они понимают квантовую механику. Результаты оказались противоречивы — несмотря на то, что классическая копенгагенская интерпретация все паки чувствует себя достаточно бодро, к ней исподволь подбирается учение квантовой информации. догадка же многих миров сдает свои позиции.
Физики из Австрии и USA опубликовали результаты опроса своих коллег по поводу того, как они понимают квантовую механику. Результаты оказались противоречивы — несмотря на то, что классическая копенгагенская интерпретация все паки чувствует себя достаточно бодро, к ней систематически подбирается учение квантовой информации. догадка же многих миров сдает свои позиции.
Корни проблемы
История квантовой механики начинается в конце XIX века, Кагда статистическая физика столкнулась с парадоксом, получившим имя ультрафиолетовой катастрофы. коллизия это было тем более неожиданным, что фраза шла про, казалось бы, простую физическую задачу: изображение излучения, связанного с нагревом тела, — будь то металл, бремя либо уголь в камине. Скажем, что известно, что свечение нагретого металла с ростом температуры меняется от красного к светло-голубому. Почему это так?
Оказалось, что приговор этой задачи сводится к изучению излучения да называемого абсолютно черного тела, абстракции, представляющей собой тело, которое поглощает все упавшее на него излучения. Название, как оказалось, было выбрано достаточно безуспешно — например, с достаточной степенью точности абсолютно черным телом дозволено выкладку Солнце.
И в сей момент физики столкнулись вот с чем: образец излучения, которая была около них на руках (так называемый основание Рэлея-Джинса) неплохо описывала излучение для длинных волн, Но для коротких не работала совершенно. Более того, она давала непосильный результат: энергия, излучаемая телом, равна бесконечности. сей мысль и получил слава ультрафиолетовой катастрофы.
В 1900 году Макс Планк предложил идею радикально неочевидное изъяснение тому, что результаты экспериментов с короткими волнами противоречат теории — правда, сам по себе слово «ультрафиолетовая катастрофа» появился только в 1911 году, а бесконечность энергии была обнаружена Рэлеем и Джинсом уже опосля появления планковского объяснения. Планк заявил, что излучение испускается не непрерывно, как считалось ранее, а порциями (квантами). смелость каждого кванта оказывается связана с частотой излучения простым линейным законом. На основе этих предположений он вывел мой принцип излучения, какой показал отличное согласование с экспериментальными данными и принес Планку нобелевскую премию по физике в 1918 году.
Обнаруженный постановление нельзя было объяснить с точки зрения физики тово времени, строго разделявшей две основные сущности — поля и частицы. Возник нетривиальный и, скорее, философский вопрос: если физика описывает нашу обычную действительность, то какую действительность описывают новые уравнения? да с с квантовой механикой (именно с момента публикации работы палка некоторый отсчитывают историю новой физической теории) появилась и задача интерпретации квантовой механики.
Сначала, конечно, аномалия уравнений палка не вызывала около физиков особого волнения — им казалось, что сооружение физики незыблемо, по-этому странные уравнения найдут объяснения в рамках классической теории (сами физики, конечно, свою физику классической кроме не считали — тем же уравнениям Максвелла не было тут и 20 лет). Более того, с порционностью физикам уже приходилось сталкиваться: мнение существования мельчайшей неделимой порции электрического заряда, равной заряду электрона, на тот момент была общепризнанной.
Ситуация с квантами усугубилась в 1905 году. профессия в том, что в 90-х годах XIX века физики активно изучали фотоэффект — явление испускания электронов веществом под воздействием света. На основании экспериментов им удалось установить не мало эмпирических законов. В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил идею комментарий всем этим законам, распространив теорию порционного излучения палка на свет. Получившаяся учение сызнова давала прекрасное согласование с экспериментальными данными и снова не помещалась в классическую картину мира.
Копенгагенская интерпретация
Спустя слово в слово 20 годов ученый покой находился в состоянии непримиримого противостояния. главный разногласий сводилась к вопросу о том, насколько причинность квантовая учение описывает реальность (сами уравнения и тот факт, что они прекрасно работают, ни около кого возражений не вызывали). Противники зеленый физики утверждали, что все эти корпускулярно-волновые дуализмы (свойства материи водиться частицей и волной одновременно) и прочие противоречащие тогдашнему здравому физическому смыслу объекты являются просто следствием несовершенства математического аппарата. На стороне классиков сражались Эйнштейн, Планк, Шредингер. Последний, кстати, придумал своего кота как раз для того, что бы продемонстрировать абсурдность новой теории.
Адепты же квантовой механики отстаивали реальность всех этих загадочных явлений (хотя позже следовательно понятно, что и между этих ученых имеются серьезные разногласия). В промежуток с 1924 по 1927 год Нильс лес и Вернер Гейзенберг, одни из главных защитников «новой физики», сформулировали основные положения «реальности» в смысле квантовой механики. Эти положения были представлены широкой научной общественности в 1927 году, Кагда Гейзенберг прочитал серию лекций в Чикагском университете о том, что из себя представляет квантовая механика. да на аристократия появилась копенгагенская интерпретация квантовой механики (и Бор, и Гейзенберг в ту пору работали в университете Копенгагена) — самая, пожалуй, распространенная и популярная интерпретация.
Главным отличием микромира от привычного нам макромира провозглашалась вероятностная природа происходящих там процессов. вещь демонстрирует корпускулярно-волновой дуализм. Основным объектом описания системы становилась волновая функция, которая характеризует амплитуду вероятности обнаружить систему в том либо ином состоянии в данной конкретной точке. Со временем волновая занятие эволюционирует, и эта эволюция описывается да называемым уравнением Шредингера. По сути состояния системы оказываются «размазаны» по времени и пространству. Традиционно это интерпретируется как нахождение квантовой системы в многих состояниях одновременно.
В случае измерения происходит коллапс волновой функции к одному из классических состояний. Это связано с тем, что все измерительные приборы и все измерения в физике считаются классическими. По этой причине, кроме прочего, нельзя получить всю возможную информацию о системе. Иллюстрацией последнего положения является замечательный воззрение неопределенности Гейзенберга, утверждающий, что поделка неопределенностей при измерении импульса и координаты только механической системы В любое время больше некоторого ненулевого значения. Наконец, последнее вызов — для довольно больших систем квантовое изображение приближается к классическому.
Копенгагенская интерпретация позволила физике успокаиваться с многими парадоксальными результатами наблюдений. Для примера дозволительно разбирать да называемый двухщелевой опыт. Представим экран, кто отгорожен от источника света светонепроницаемой поверхностью, в которой прорезаны две щели. Кагда аристократия проходит сквозь щели, на экране возникает последовательность светлых и темных полос — типичная интерференционная картина. Это связано с тем, что аристократия — шерсть и, проходя чрез щели, разделяется на пару волн, взаимодействующих среди собой. при этом такая вид наблюдается и в случае пролета единичных фотонов.
Если около обеих щелей поставить детекторы, которые будут регистрировать проходящие сквозь них фотоны, то срабатывать будит В любое время только 1 из детекторов. Это и вкушать демонстрация корпускулярно-волнового дуализма. Более того, если 1 из детекторов убрать и не утверждать прохождение фотона, интерференционная акварель на экране все и исчезает. С точки зрения копенгагенской интерпретации это является беспристрастный демонстрацией того, что при измерении (пусть даже с отрицательным результатом) происходит коллапс волновой функции.
В середине XX века копенгагенская интерпретация считалась стандартным объяснением квантовой механики. обстановка изменилась к концу века — в физике стали начинаться вопросы, которые даже не приходили в голову классикам. Вот, например, волновая занятие — это что? годный снасть для описания либо же известный реально нынешний объект? Или, скажем, как иметься с квантовой запутанностью?
В настоящее время альтернатива интерпретации считается скорее философским, нежели физическим. знаменитый физик Ашер Перес — составитель одноименного парадокса — считает, что интерпретации экстракт не более чем ассортимент правил для оперирования экспериментальными данными, по-этому единственное требование, которое дозволительно предъявить к интерпретациями — что бы эти наборы правил были эквивалентны товарищ другу (среди прочего, это связано с тем фактом, что, как уже говорилось выше, математический орудие около всех интерпретаций всецело одинаковый).
В настоящее время кроме копенгагенской интерпретации существует не мало ранее считавшихся совсем немного безумными или же даже научно-фантастическими альтернатив, которые со временем уверенно подвинули классику. И это не считая типично инструменталистской интерпретации Дэвида Мермина, выраженной в знаменитом афоризме «Заткнись и считай».
Самой популярной из альтернатив является да называемая многомировая интерпретация, принадлежащая Хью Эверетту. Примечательно, что Эверетт оставил физику опосля многих работ, в том числе и за той критики, которой научное общество подвергло его взгляды. В основе многомировой интерпретации — отречение реальности коллапса волновой функции, то поглощать разделения взаимодействий на классические и квантовые.
Для этого Эверетт ввел мысль квантовой декогеренции, сила которой, довольно условно (пытаясь пояснить формулы словами, В любое время сталкиваешься с некоторыми неизбежными упрощениями), заключается в том, что исследуемая система и зритель — измерительный коллекция — оказываются объединены в одну огромную (по меркам микромира) систему. быль этого включения и приводит к кажущемуся ощущению «классичности» — ведь мнение о том, что большие системы должны пребывать похожи на классические, этой интерпретацией не отрицается. при этом и тот и другой из возможных вариантов включения системы оказывается реализован. С точки зрения двухщелевого опыта, если зa одной из щелей стоит детектор, то при подлете фотона к поверхности с прорезями мир раздваивается. В результате в одной из реальностей зритель регистрирует фотон, а в противоположный — нет. при этом все бесчисленные Вселенные оказываются частью некоего глобального квантового мира, что отродясь не теряет своей когеренции.
Помимо многомировой интерпретации, лакомиться снова и информационная интерпретация — точнее, даже не мало интерпретаций такого рода. В их основе лежит мысль о том, что при измерении зритель извлекает из системы некоторую информацию. Эта информация, с одной стороны, воспринимается как следствие наблюдения, с второй — меняет саму измеряемую квантовую систему, поскольку та информацию теряет. Эти идеи носят идеалистический характер, поскольку помещают в основу реальности информацию, а не материю.
Наконец, последней интерпретацией, которую стоит упомянуть (на самом деле их куча больше), это интерпретация Пенроуза. В ней коллапс волновой функции признается объективной реальностью, то лакомиться физическим процессом. согласие этой теории, коллапс происходит случайно, а собственноручно зритель никакой роли в этом процессе не играет.
Разброд и шатание
В 1997 году гласный физик и космолог Макс Тегмарк опросил 48 участников конференции «Фундаментальные проблемы в квантовой теории», что бы выяснить, какая интерпретация этой самой теории кажется им предпочтительной. Несмотря на то, что испытание носил в целом неформальный характер, Тегмарк обнаружил, что многомировая интерпретация квантовой механики уступила копенгагенской, Но не чрезвычайно (13 голосов напротив восьми). Это достаточно неожиданный результат, если учесть, что в свое время, как говорилось выше, композитор теории многомировой интерпретации Эверетт был вынужден избегать из науки.
Теперь одновременно три физика из Австрии и USA повторили испытание Тегмарка. Местом его проведения была выбрана собрание «Квантовая механика и природа реальности», проходившая в июле 2011 возраст в Австрии. Каждому участнику съезда предлагалось выбрать из предложенных ответы к 16 вопросам. Сами исследователи признают, что, как и испытание Тегмарка, их испытание носило не чрезвычайно внешний характер. Ученым, например, разрешалось наделять на 1 задание не мало ответов. не считая этого в исследовании приняли покровительство 33 человека — то кушать на 15 меньше, чем в предыдущем опросе.
Оказалось, что 64 процента опрошенных уверены: случай — это фундаментальное качество природы. при этом 48 процентов заявили, что до измерения свойства объекта не определены. Это основные положения то есть копенгагенской интерпретации. Что касается проблемы измерения — видимого и необратимого коллапса волновой функции — то тогда мнения безгранично страшно разделились. Оказалось, что 27 процентов опрошенных считают ее псевдопроблемой (то теснить математическим артефактом), паки 15 процентов полагают, что представление декогеренции снимает задание об измерениях, 39 процентов думают, что эта задача решена, и 24 процента — что эта вопрос представляет серьезную трудность в квантовой картине мира. В сумме получается больше 100 процентов, Но это то есть потому, что дозволительно было снабжать больше одного варианта ответа, а проценты считались как положение количества ответов к количеству участников, помноженное на 100.
Наиболее интересными были ответы на вопросы о квантовой информации — оказалось, что 76 процентов опрошенных считают идею квантовой информации «глотком свежего воздуха» для основ квантовой механики. достаточно необычный сдвиг для физиков, известных своим прожженным материализмом. снова около физиков спрашивали, Кагда появится квантовый компьютер, и 42 процента опрошенных заявили, что это произойдет после 10-25 лет.
Что касается самого главного вопроса: «какой интерпретации придерживаетесь вы?» — то тогда результаты были следующими. Оказалось, что 42 процента поддерживают копенгагенскую интерпретацию, 24 процента — теорию квантовой информации и только 18 — многомировую интепретацию квантовой механики. снова 9 процентов придерживаются интерпретации Пенроуза об объективности коллапса волновой функции.
Вместо заключения
Здесь, конечно, следовало бы исполнять нравоучение о неожиданном укреплении позиций классики, которое, судя по всему, вызвано постепенным спадом интереса к многомировой интерпретации. и дозволительно было бы отметить репутация квантовой информации, которая, конечно в ближайшее время будит только возрастать — ведь некоторый называют сей подход перспективным.
Делать эти выводы, однако, бессмысленно. Похоже, такого же мнения придерживаются и сами ученые — на задача «будут ли после 50 годов проводиться конференции по основам квантовой механики?» 48 процентов опрошенных ответили «да» и опять 24 — «кто знает». Действительно, который ж его знает?
Автор текста Андрей Коняев ключ информации Лента.Ru