Роли наблюдателя в процессе включенного наблюдения. Роль наблюдателя в квантовой физике Упражнение на составление графика работы

Никто в мире не понимает квантовую механику - это главное, что нужно о ней знать. Да, многие физики научились пользоваться ее законами и даже предсказывать явления по квантовым расчетам. Но до сих пор непонятно, почему присутствие наблюдателя определяет судьбу системы и заставляет ее сделать выбор в пользу одного состояния. «Теории и практики» подобрали примеры экспериментов, на исход которых неминуемо влияет наблюдатель, и попытались разобраться, что квантовая механика собирается делать с таким вмешательством сознания в материальную реальность.

Кот Шредингера

Сегодня существует множество интерпретаций квантовой механики, самой популярной среди которых остается копенгагенская. Ее главные положения в 1920-х годах сформулировали Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. А центральным термином копенгагенской интерпретации стала волновая функция - математическая функция, заключающая в себе информацию обо всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она одновременно пребывает.

По копенгагенской интерпретации, доподлинно определить состояние системы, выделить его среди остальных может только наблюдение (волновая функция только помогает математически рассчитать вероятность обнаружить систему в том или ином состоянии). Можно сказать, что после наблюдения квантовая система становится классической: мгновенно перестает сосуществовать сразу во многих состояниях в пользу одного из них.

У такого подхода всегда были противники (вспомнить хотя бы «Бог не играет в кости» Альберта Эйнштейна), но точность расчетов и предсказаний брала свое. Впрочем, в последнее время сторонников копенгагенской интерпретации становится все меньше и не последняя причина тому - тот самый загадочный мгновенный коллапс волновой функции при измерении. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шредингера с бедолагой-котом как раз был призван показать абсурдность этого явления.

Итак, напоминаем содержание эксперимента. В черный ящик помещают живого кота, ампулу с ядом и некий механизм, который может в случайный момент пустить яд в действие. Например, один радиоактивный атом, при распаде которого разобьется ампула. Точное время распада атома неизвестно. Известен лишь период полураспада: время, за которое распад произойдет с вероятностью 50%.

Получается, что для внешнего наблюдателя кот внутри ящика существует сразу в двух состояниях: он либо жив, если все идет нормально, либо мертв, если распад произошел и ампула разбилась. Оба этих состояния описывает волновая функция кота, которая меняется с течением времени: чем дальше, тем больше вероятность, что радиоактивный распад уже случился. Но как только ящик открывается, волновая функция коллапсирует и мы сразу видим исход живодерского эксперимента.

Выходит, пока наблюдатель не откроет ящик, кот так и будет вечно балансировать на границе между жизнью и смертью, а определит его участь только действие наблюдателя. Вот абсурд, на который указывал Шредингер.

Дифракция электронов

По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, поставленный в 1961 году Клаусом Йенсоном, стал одним из красивейших в истории науки. В чем его суть?

Есть источник, излучающий поток электронов в сторону экрана-фотопластинки. И есть преграда на пути этих электронов - медная пластинка с двумя щелями. Какой картины на экране можно ожидать, если представлять электроны просто маленькими заряженными шариками? Двух засвеченных полос напротив щелей.

В действительности на экране появляется гораздо более сложный узор из чередующихся черных и белых полос. Дело в том, что при прохождении через щели электроны начинают вести себя не как частицы, а как волны (подобно тому, как и фотоны, частицы света, одновременно могут быть и волнами). Потом эти волны взаимодействуют в пространстве, где-то ослабляя, а где-то усиливая друг друга, и в результате на экране появляется сложная картина из чередующихся светлых и темных полос.

При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели (и это еще одно из важных положений копенгагенской интерпретации квантовой механики - объекты могут одновременно проявлять и свои «привычные» материальные свойства, и экзотические волновые).

Но при чем здесь наблюдатель? При том, что с ним и без того запутанная история стала еще сложнее. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов, через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос.

Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку. Мистика? Есть и куда более простое объяснение: никакое наблюдение за системой нельзя провести без физического воздействия на нее. Но к этому вернемся еще чуть позже.

Нагретый фуллерен

Опыты по дифракции частиц ставили не только на электронах, но и на куда больших объектах. Например, фуллеренах - крупных, замкнутых молекулах, составленных из десятков атомов углерода (так, фуллерен из шестидесяти атомов углерода по форме очень похож на футбольный мяч: полую сферу, сшитую из пяти- и шестиугольников).

Недавно группа из Венского университета во главе с профессором Цайлингером попыталась внести элемент наблюдения в подобные опыты. Для этого они облучали движущиеся молекулы фуллерена лазерным лучом. После, нагретые внешним воздействием, молекулы начинали светиться и тем неминуемо обнаруживали для наблюдателя свое место в пространстве.

Вместе с таким нововведением поменялось и поведение молекул. До начала тотальной слежки фуллерены вполне успешно огибали препятствия (проявляли волновые свойства) подобно электронам из прошлого примера, проходящим сквозь непрозрачный экран. Но позже, с появлением наблюдателя, фуллерены успокоились и стали вести себя как вполне законопослушные частицы материи.

Охлаждающее измерение

Одним из самых известных законов квантового мира является принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно одновременно установить положение и скорость квантового объекта. Чем точнее измеряем импульс частицы, тем менее точно можно измерить ее положение. Но действие квантовых законов, работающих на уровне крошечных частиц, обычно незаметно в нашем мире больших макрообъектов.

Потому тем ценнее недавние эксперименты группы профессора Шваба из США, в которых квантовые эффекты продемонстрировали не на уровне тех же электронов или молекул фуллерена (их характерный диаметр - около 1 нм), а на чуть более ощутимом объекте - крошечной алюминиевой полоске.

Эту полоску закрепили с обеих сторон так, чтобы ее середина была в подвешенном состоянии и могла вибрировать под внешним воздействием. Кроме того, рядом с полоской находился прибор, способный с высокой точностью регистрировать ее положение.

В результате экспериментаторы обнаружили два интересных эффекта. Во-первых, любое измерение положения объекта, наблюдение за полоской не проходило для нее бесследно - после каждого измерения положение полоски менялось. Грубо говоря, экспериментаторы с большой точностью определяли координаты полоски и тем самым, по принципу Гейзенберга, меняли ее скорость, а значит и последующее положение.

Во-вторых, что уже совсем неожиданно, некоторые измерения еще и приводили к охлаждению полоски. Получается, наблюдатель может лишь одним своим присутствием менять физические характеристики объектов. Звучит совсем невероятно, но к чести физиков скажем, что они не растерялись - теперь группа профессора Шваба думает, как применить обнаруженный эффект для охлаждения электронных микросхем.

Замирающие частицы

Как известно, нестабильные радиоактивные частицы распадаются в мире не только ради экспериментов над котами, но и вполне сами по себе. При этом каждая частица характеризуется средним временем жизни, которое, оказывается, может увеличиваться под пристальным взором наблюдателя.

Впервые этот квантовый эффект предсказали еще в 1960-х годах, а его блестящее экспериментальное подтверждение появилось в статье , опубликованной в 2006 году группой нобелевского лауреата по физике Вольфганга Кеттерле из Массачусетского технологического института.

В этой работе изучали распад нестабильных возбужденных атомов рубидия (распадаются на атомы рубидия в основном состоянии и фотоны). Сразу после приготовления системы, возбуждения атомов за ними начинали наблюдать - просвечивать их лазерным пучком. При этом наблюдение велось в двух режимах: непрерывном (в систему постоянно подаются небольшие световые импульсы) и импульсном (система время от времени облучается импульсами более мощными).

Полученные результаты отлично совпали с теоретическими предсказаниями. Внешние световые воздействия действительно замедляют распад частиц, как бы возвращают их в исходное, далекое от распада состояние. При этом величина эффекта для двух исследованных режимов также совпадает с предсказаниями. А максимально жизнь нестабильных возбужденных атомов рубидия удалось продлить в 30 раз.

Квантовая механика и сознание

Электроны и фуллерены перестают проявлять свои волновые свойства, алюминиевые пластинки охлаждаются, а нестабильные частицы замирают в своем распаде: под всесильным взором наблюдателя мир меняется. Чем не свидетельство вовлеченности нашего разума в работу мира вокруг? Так может быть правы были Карл Юнг и Вольфганг Паули (австрийcкий физик, лауреат Нобелевской премии, один из пионеров квантовой механики), когда говорили, что законы физики и сознания должны рассматриваться как взаимодополняющие?

Но так остается только один шаг до дежурного признания: весь мир вокруг суть нашего разума. Жутковато? («Вы и вправду думаете, что Луна существует лишь когда вы на нее смотрите?» - комментировал Эйнштейн принципы квантовой механики). Тогда попробуем вновь обратиться к физикам. Тем более, в последние годы они все меньше жалуют копенгагенскую интерпретацию квантовой механики с ее загадочным коллапсом волной функции, на смену которому приходит другой, вполне приземленный и надежный термин - декогеренция.

Дело вот в чем - во всех описанных опытах с наблюдением экспериментаторы неминуемо воздействовали на систему. Подсвечивали ее лазером, устанавливали измеряющие приборы. И это общий, очень важный принцип: нельзя пронаблюдать за системой, измерить ее свойства не провзаимодействовав с ней. А где взаимодействие, там и изменение свойств. Тем более, когда с крошечной квантовой системой взаимодействуют махины квантовых объектов. Так что вечный, буддистский нейтралитет наблюдателя невозможен.

Как раз это объясняет термин «декогеренция» - необратимый с точки зрения процесс нарушения квантовых свойств системы при ее взаимодействии с другой, крупной системой. Во время такого взаимодействия квантовая система утрачивает свои изначальные черты и становится классической, «подчиняется» системе крупной. Этим и объясняется парадокс с котом Шредингера: кот представляет собой настолько большую систему, что его просто нельзя изолировать от мира. Сама постановка мысленного эксперимента не совсем корректна.

В любом случае, по сравнению с реальностью как актом творения сознания, декогеренция звучит куда более спокойно. Даже, может быть, слишком спокойно. Ведь с таким подходом весь классический мир становится одним большим эффектом декогеренции. А как утверждают авторы одной из самых серьезных книг в этой области, из таких подходов еще и логично вытекают утверждения вроде «в мире не существует никаких частиц» или «не существует никакого времени на фундаментальном уровне».

Созидающий наблюдатель или всесильная декогеренция? Приходится выбирать из двух зол. Но помните - сейчас ученые все больше убеждаются, что в основе наших мыслительных процессов лежат те самые пресловутые квантовые эффекты. Так что где заканчивается наблюдение и начинается реальность - выбирать приходится каждому из нас.

Невмешательство наблюдателя, если оно не вызвано специально оговоренными условиями (как в случае включенного наблюдения), считается чуть ли не основным постулатом научного метода. Однако в социальных науках выполнить его крайне непросто. Здесь конечные результаты во многом зависят от личности наблюдателя, его отношения к изучаемым явлениям. Ведь наблюдение - метод сбора информации, основанный на непосредственном контакте исследователя и объекта исследования.

Невключенное наблюдение. В идеале ученый при невключенном наблюдении должен стать как бы невидимкой. Поскольку идеал недостижим, наблюдателю надлежит вести себя так, чтобы на него обращали как можно меньше внимания, дабы уменьшить помехи, вносимые им в наблюдаемое явление. Ему противопоказана яркая (броская) одежда, экстравагантность манер поведения, излишняя демонстрация своей заинтересованности изучаемыми событиями. Он должен иметь устойчивую психику, флегматичный темперамент, способность сохранять самообладание при резких изменениях ситуации, терпение и устойчивость в сохранении своей позиции стороннего наблюдателя.

Включенное наблюдение. Здесь от наблюдателя потребуются умение быстро и эффективно налаживать контакты с незнакомыми людьми, общительность, доброжелательность, тактичность, сдержанность и толерантность (терпимость к другим людям).

В лабораторных наблюдениях, проводимых в искусственно созданных условиях, повышается значимость умения исследователя регулировать эти условия и контролировать их влияние на наблюдаемых, а также таких черт, как принципиальность и аккуратность, техническая грамотность (в связи с использованием аудиовизуальных средств наблюдения).

В полевых наблюдениях, осуществляемых в обычной социальной жизни и дающих более объективную информацию, особую роль играют знания смыслов невербальных реакций людей (улыбок, жестов), оперативная память, аналитичность мышления наблюдателя, его способность отграничивать друг от друга отдельные признаки изучаемого объекта, распределять свое внимание на все эти признаки и переключать его на один из них.

Стандартизированное наблюдение, которому свойственны четко формализованные процедуры и инструменты, предполагает повышенную способность наблюдателя к сосредоточению внимания на частностях и самоконтролю, а также пунктуальности, исполнительности и педантизму.

Нестандартизированное наблюдение, когда заранее не определена большая часть элементов, подлежащих регистрации, требует во многом противоположного - солидной теоретической подготовки в области социологии, психологии, социальной психологии и конфликтологии, умения с одинаковым вниманием следить, как минимум, за 5-7 параметрами ситуации, способности быстро переключать внимание, не зацикливаясь лишь на каком-либо одном проявлении категории наблюдения.

Доклад: Роль наблюдателя в квантовой механике

Алексей Мазур

Главная проблема квантовой механики – это вопрос о том, что происходит в момент редукции волновой функции. Почему плоская волна электрона «реализуется» в одной точке фотопластины? Является ли наша неспособность «вычислить», какая именно из имеющихся возможностей «реализуется», фундаментальным законом природы, либо же следствием несовершенства используемых нами методов и приборов. Сам процесс редукции так же не уловим, как линия горизонта или основание радуги. В какой момент он происходит? В момент взаимодействия волновой функции с фотопластиной, являющейся «классическим» объектом, либо же в момент «наблюдения» экспериментатора за фотопластиной? И чем же так выделен «наблюдатель», что ему дано право выбирать по какому из возможных путей пойдет мир дальше?

Давайте попробуем разобраться, где проходит грань между «классическим» и квантовым объектом. В бытность студентами (а именно только студенты, пожалуй, в наше время и задаются такими вопросами), мой отец В.А.Мазур и его друг А.В.Гайнер рассуждали примерно следующим образом. Процесс «наблюдения» – это есть процесс взаимодействия волновой функции с прибором, который имеет настолько сложную волновую функцию, что рассчитать ее нет никакой возможности. Поэтому он является классическим объектом. Результат взаимодействия волновой функции электрона с таким объектом непредсказуем и носит вероятностный характер, но не потому, что это есть фундаментальный закон природы, а потому, что наши методы исследования несовершенны. Желая упростить модель «наблюдения», они гипотетически поставили такой эксперимент. Берем плоскую волну электрона, падающую на идеально плоскую фотопластину, состоящую из атомов водорода, расположенных в шахматном порядке. Все атомы находятся в основном состоянии. Вычислить результат взаимодействия не составляет большого труда. Волновая функция пластины после взаимодействия представляет из себя сумму N (где N – число атомов в пластине) слагаемых, каждое из которых имеет «вес» 1/N. Первое слагаемое – атом номер 1 возбужден, остальные – в основном состоянии, второе слагаемое – атом номер 2 возбужден, остальные – в основном состоянии и т.д. Вывод, который отсюда сделали мой отец и А.В.Гайнер – такая пластина не является классическим объектом, а остается квантовым, реальные же пластины устроены достаточно сложно, чтобы быть классическими.

Я же предлагаю довести их гипотетический эксперимент до конца, и рассмотреть, что будет после взаимодействия этой пластины с наблюдателем. Конечно, смоделировать волновую функцию наблюдателя нам не по силам. Но некоторые аналогии кажутся достаточно очевидными. Итак, наш «квантовый» наблюдатель посмотрел на эту фотопластину. Что произойдет с его волновой функцией? Как легко можно понять, она распадется на N слагаемых. Условно их можно назвать так: первое слагаемое – наблюдатель видит возбужденный атом номер 1, второе слагаемое – наблюдатель видит возбужденный атом номер 2 и т.д. Опять, казалось бы, момент редукции от нас ускользнул. Но давайте рассмотрим субъективные ощущения наблюдателя. Предположим, он провел этот эксперимент три раза. Как легко видеть, его волновая функция имеет уже N в кубе слагаемых. И вот тут и произошла редукция. Предположим, что он встретил «классического», а не «квантового» наблюдателя, который спросил у его результаты этих экспериментов. И от N в кубе слагаемых нашего «квантового» наблюдателя останется только одно. Но заметьте – он будет твердо уверен в том, что в первом случае он видел возбужденным атом, скажем номер 27, во втором – 3, а в третьем – 137. Никаких воспоминаний о других слагаемых своей волновой функции в нем не останется. Об этих своих «субъективных» ощущениях он и расскажет «классическому» наблюдателю.

Отсюда мы видим, что процесс редукции может быть вовсе не связан с процессом «наблюдения». В момент «наблюдения» не наблюдатель «выбирает» одно из возможных состояний мира, а сам «распадется» на слагаемые. Каждое из этих слагаемых соответствует слагаемым «измеряемого» объекта. Предположим, что редукция происходит вообще очень редко. Раз в год, например. Все наблюдатели, и мы с вами, в том числе, после редукции и представления не будем иметь о том, что наши волновые функции имели другие, «нереализовавшиеся» слагаемые.

Очевидно, что особой необходимости в «реализации», как таковой, нет. Она проистекала из субъективного ощущения тех наблюдателей, которые «видели» как из равновероятных возможностей случайным образом «реализуется» только одна. Ведь ни одно из слагаемых волновой функции наблюдателя не содержит информации о других слагаемых.

Тут мы упираемся в вопрос о том, что такое «я» наблюдателя. Легко понять, что «субъектом» является не весь ансамбль «слагаемых», а только одно из них. Причем – любое. То есть, человек представляет из себя не «мировую линию», а «дерево», причем точками разветвления являются моменты «наблюдений», а попросту – моменты взаимодействия с окружающим миром. И касается это, как вы понимаете, не только людей.

Картина мира, которая предстает после осознания вышеизложенного, выглядит совершенно фантастично. Все, что могло случиться – случилось. Все потерянные возможности были реализованы, они существуют в одном мире и пространстве с нами, но никакого воздействия на нас не оказывают. И, надо признать, что эта картина мира является прямым следствием законов квантовой механики, а не досужими домыслами псевдонаучных фантастов.

Скептики, конечно, могут сказать – а какие следствия из этих рассуждений? Никакого практического смысла они не в себе не несут. Это не совсем так.

Во-первых, становиться очевидным, что нет границы между квантовым и классическим объектом. Момент редукции для нашего субъективного «Я» происходит действительно в момент наблюдения. Но это не мы что-то делаем с миром, а мир что-то делает с нами. Но для простоты можно оставить понятие редукции и гордиться тем, что каждый «реализует» свой мир.

Во-вторых, легко объясняется тот эксперимент, который был поставлен то ли в конце сороковых, то ли в начале пятидесятых. Какая-то частица, распадалась на два осколка, каждый из которых летел в противоположных направлениях. Так, как в момент распада частица покоилась, то все направления полета 1-го осколка были равновероятны. Но вот второй, согласно закону сохранения импульса, должен был лететь в строго противоположном направлении. Детекторы, улавливающие осколки, были поставлены так, чтобы разница времен между «поимкой» осколков была меньше, чем потребуется свету, чтобы дойти от одного детектора до другого (чтобы исключить возможное воздействие результатов на одном детекторе на результаты на другом). Парадокс был в том, что волновые функции двух осколков «реализовывались» согласованно друг против друга, согласно законам сохранения, но ставя в тупик физиков – как волновая функция осколка номер два «узнает» о произошедшей редукции волновой функции осколка номер один? Узнает быстрее скорости света?

Как мы теперь понимаем, редукция осколка номер два происходит не в момент его взаимодействия с детектором, а в момент взаимодействия наблюдателя с детектором, так что причинно-следственные связи не нарушаются.

Наблюдатель здесь – сторонний, как и в невключенном наблюдении, но испытуемые обычно не знают о целях наблюдения. Исследователь придумывает какую-то легенду, которая объясняет его присутствие на месте события.
Для наблюдателя-участника как бы «наблюдение сопутствует наблюдению», например, в процессе интервью или эксперимента. Эту роль журналист примеряет на себя постоянно.
Участник-наблюдатель не скрывает своих целей, и те, кого он наблюдает, знают об этом. В течение длительного наблюдения участники ситуации привыкают к присутствию наблюдателя и нередко перестают его замечать.
Участник действует при полном включении в ситуацию; обычно при этом скрываются истинные цели наблюдения и исследователь или журналист становится полностью членом наблюдаемой группы. Если это длится долго, наблюдатель может потерять объективность, у него возникают свои взаимоотношения с членами группы, свои предпочтения.
Классический пример такого наблюдения продемонстрировал американский социолог, сотрудник Гарвардского университета У. Уайт, который в течение трех с половиной лет (1936–1939) изучал преступные группы эмигрантов из Италии, поселившись в их трущобах. В результате появилась книга «Общество на углу улицы».
В журналистике такой прием называется «Журналист меняет профессию», о чем уже шла речь. Нередко писатели и журналисты пользовались наблюдением, которое сродни социологическому. Многие очерки Горького, Писемского можно назвать социологическими, так же как и «Остров Сахалин» Чехова, «Записки из мертвого дома» Достоевского*.
Журналистский прием, который называется «Журналист меняет профессию» близок к социологическому. Это метод, который социологи называют включенным наблюдением. Михаил Кольцов работал таксистом, написав об этом интереснейший очерк. Журналист «Известий» Анатолий Гудимов часто менял профессии. В результате появилась книга «Тайна чужой профессии». Широко известна история немецких журналистов, которые, загримировавшись под рабочих-эмигрантов, работали в немецкой шахте, деля с ними все тяготы их работы и быта. И сейчас журналисты нередко пользуются методом включенного наблюдения.
Что входит в структуру предмета наблюдения? Это полезно знать и журналисту, и социологу. Наблюдать, как считает В. А. Ядов, можно:
- общую характеристику социальной ситуации, сферы деятельности (производство, политика, семейная жизнь, структура свободного времени и т. п.);
- правила и нормы, регулирующие состояние объекта в целом, степень саморегуляции объекта наблюдения;
- характеристики типичности наблюдаемого объекта относительно других объектов в данной ситуации (экологическая среда, область жизнедеятельности, состояние общественного сознания и т. п.);
- субъектов и участников социальных событий (различные социально-демографические группы), их взаимоотношения (официальные и неофициальные);
- цели деятельности и социальные интересы, общие и групповые интересы, официальные и неформальные, согласованность или конфликт интересов;
- структуру деятельности: стимулы, мотивы, средства для достижения целей (по содержанию и по моральной оценке), по интенсивности деятельности (продуктивная, репродуктивная, напряженная, спокойная), результаты (материальные и духовные продукты);
- регулярность и частоту наблюдаемых событий.
Богатейший материал для наблюдения, который может быть использован и журналистами, пишущими о войне, дают перечни вопросов для исследований, которые оставили нам известные российские социологи еще в ХIХ – начале ХХ вв. Познакомимся с одним из фрагментов подобных программ. Г. Е. Шумаков, ученый-медик (1873–1927), один из основателей отечественной психиатрии, участвовал в русско-японской войне 1904–1905 гг., был лечащим врачом. Он составил очень интересные вопросы к изучению состояния участников русско-японской войны*.
Каково душевное состояние: при получении приказа о выступлении с бивака в бой; при движении вне сферы огня; при движении и стоянии под огнем ружейным (дальним, ближним, залповым, пачками и т. п.), пулеметным (как влияет ритмическое действие пулемета), артиллерийским (шимозами, шрапнелями, бомбами и т.д.). Влияние звука полетов снарядов, их разрывов, отравления газами и т. д. Влияние сосредоточенного огня, по площадям, в боевой части, в резерве, в обозе. Душевное состояние при действии нашей артиллерии и неприятельской.
При штурме и штыковом ударе; при успехе и неуспехе, при ясной задаче и неизвестности; при долгой стоянке на месте; при голоде, недоедании, недосыпании, жажде и т. п.
При обороне: влияние укреплений, окопов, искусственных препятствий (ближних, дальних), местных предметов, закрытий, бойниц, фугасов и т. п. При получении сведений об отходе, при фланговом (тыльном) огне.
Состояние духа после ранении и потерь (первых и последующих). Состояние после боя. Ожидание следующего боя.
Стихийный порыв вперед, как и чем был вызван. Паника во время боя, причины возникновения и меры прекращения.
Действие на состояние духа религиозных чувств, любви к родине, чувств долга, самолюбия, стыда, взаимной выручки, наград, дисциплины, взысканий и т. п. Влияние алкоголя на душевное состояние в бою – до и после него» (с. 633).
Поразительное знание военной ситуации позволило до мелочей предусмотреть исследователю условия, которые могут влиять на душевное состояние воинов. Разве не полезно было бы журналисту, который едет в горячие точки, с такой же подробностью набрасывать себе план наблюдений?
Не менее интересный раздел программы наблюдения связан с самонаблюдением и с наблюдением поведения других во время военной обстановки. Приведем выборочно некоторые элементы плана.

А.И. Липкин

Московский физико-технический институт (государственный университет), Москва

"В действительности всякий философ имеет свое домашнее естествознание, и всякий естествоиспытатель - свою домашнюю философию. Но эти домашние науки бывают в большинстве случаев несколько устаревшими, отсталыми" [Э. Мах , Познание и заблуждение. М., 2003, с. 38]

Рассматриваются физические и философские основания "проблемы" "редукции волновой функции". Показывается, что основания проблемы являются философскими, а не физическими, и решение этой проблемы лежит на пути правильной постановки вопроса и учете теоретико-операциональной гетерогенности структуры физики, а не во введении сознания в основания квантовой механики.

1. Введение

В была приведена "теорфизическая" формулировка созданной в 1925–1927 гг. квантовой механики, содержащая четкое изложение лежащих в ее основе принципов (постулатов), содержащихся в работах Шредингера, Борна, Гейзенберга и Бора, (по сути столь же четких, что и в теории относительности) . В классификации К. Поппера она отвечает "третьей" (после "копенгагенской" (Бор, Борн, Гейзенберг и др.) и "антикопенгагенской" (Эйнштейн, де Бройль, Шредингер и др.) "интерпретации" (точнее "парадигмы" ) квантовой механики, той, которой пользуются работающие в квантовой механике физики. Главным из этих принципов-постулатов является утверждение, что 1) в квантовой механике состояние физической системы определяется не значениями, а распределениями вероятности значений соответствующих измеримых величин (это естественное обобщение понятия состояния в физике); из этого следует, что 2)одно измерение ничего не говорит о состоянии системы, и чтобы определить распределение вероятности путем измерения, требуется достаточно длинная серия измерений , 3) а путем вычисления это можно сделать с помощью "вероятностной интерпретации волновой функции" (обычно с именем М. Борна связывают лишь последнее, но оно подразумевает и первые два, поэтому я объединяю все три под именем "постулаты М.Борна");. Это широко распространенное среди физиков представление (во всяком случае я его усвоил, обучаясь в Московском физико-техническом институте), которое в силу некоторой исторической традиции выпадает из философского обсуждения проблем квантовой механики. "Теорфизическая " "интерпретация" принимает положения "копенгагенской интерпретации" о полноте квантовой механики и о вероятностном типе описания , применяемом к индивидуальным квантовым объектам, но утверждает, что состояние квантовой системы существует независимо от того, измеряется оно или нет . В этой формулировке отсутствуют "парадоксы" и нет явления "редукции (коллапса) волновой функции" .

Однако существует широко распространенная (в том числе и среди физиков) традиция философского обсуждения проблем квантовой механики, где обсуждаются и "парадоксы" ("кота Шредитнгера" и др.) и проблема "редукции (коллапса) волновой функции" и, стремясь их решить, доходят до утверждения о включении сознания в формализм квантовой механики . Так известный физик В. Гайтлер, следуя положениям "копенгагенской" интерпретации, приходит к заключению, что "появляется наблюдатель как необходимая часть всей структуры, причем наблюдатель со всей полнотой своих возможностей сознательного существа". Он утверждает, что в связи с возникновением квантовой механики "нельзя более поддерживать разделение мира на "объективную реальность вне нас" и "нас", сознающих себя сторонних наблюдателей. Субъект и объект становятся неотделимы друг от друга". Поппер полагает, что Гайтлер здесь дает "четкую формулировку доктрины включения субъекта в физический объект, доктрина, которая в той или иной форме присутствует у Гейзенберга в "физических принципах квантовой теории" и во многих других..." [цит. по 20, с. 74]. Поэтому стоит особо рассмотреть основания всех этих утверждений, которые, к тому же, на поверку оказываются не физическими, а философскими (мировоззренческими) .

2. Формулировка "проблемы редукции (коллапса) волновой функции"

Для удобства анализа разобьем формулировку проблемы "редукции (коллапса) волновой функции" на следующие утверждения:

утверждение 1: измерение есть явление, которое должно описываться квантовой теорией;

утверждение 2: на языке квантовой теории это явление описывается как мгновенное изменение волновой функции системы, от Y=S k c k |b k > (в общем виде, в дираковских обозначениях, где |b k > - собственная функция для оператора измеряемой величины b ) к |b 1 ñ с вероятностью |c 1 | 2 (в соответствии с правилами Борна); этот скачок и называется "редукцией (или коллапсом) волновой функции ";

утверждение 3: такой переход не описывается уравнением Шредингера и поэтому оказывается "незаконным " с точки зрения уравнений стандартной квантовой механики. Выводимая из последнего утверждения (опирающегося на два первых) неполнота современной квантовой механики и необходимость дополнительного развития ее оснований и составляет суть того, что со времен фон Неймана имеют в виду под "проблемой редукции (коллапса) волновой функции".

Из попытки решения этой проблемы, путем расширения "копенгагенской интерпретации" вырастает особое направление в философии квантовой механики (на стыке "копенгагенской" ("боровской") и "антикопенгагенской" ("эйнштейновской") "интерпретаций" квантовой механики). Разделяя основные тезисы копенгагенцев о вероятностном описании и о том, что акт измерения порождает состояние, Фон Нейман показывает, что последний из них приводит к новой проблеме, добавляя тем самым еще один классический "парадокс" в копилку антикопенгагенцев, в поддержку их тезиса о неполноте (неокончательности) современной квантовой механики. Для решения этой проблемы в 1930-х гг. у самого фон Неймана (в его классической книге ) предлагается введение в формулировку квантовой механики наблюдателя, а во второй половине XX в. – сознания и такой экзотики как многомировая интерпретация Эверетта – Уиллера – ДеВитта.

В последней предполагается, что каждая компонента в суперпозиции |Y>=S k c k |b k > "соответствует отдельному миру. В каждом мире существует своя квантовая система и свой наблюдатель, причем состояние системы и состояние наблюдателя скоррелированы. Процесс же измерения можно назвать… процессом "расщепления" миров. В каждом из параллельных миров измеримая величина b имеет определенное значение b i , и именно это значение и видит наблюдатель, "поселяющийся в этом мире"" . Согласно М.Б. Менскому в этой интерпретации считается, что «различные члены суперпозиции соответствуют различным классическим реальностям, или классическим мирам… Сознание наблюдателя расслаивается, разделяется, в соответствии с тем, как квантовый мир расслаивается на множество альтернативных классических миров" . При этом "никакой редукции при измерении не происходит, а различные компоненты суперпозиции соответствуют различным классическим мирам, одинаково реальным. Любой наблюдатель тоже оказывается в состоянии суперпозиции, т.е. его сознание “расщепляется” ("возникает “квантовое расщепление ” наблюдателя"), в каждом из миров оказывается “двойник”, сознающий то, что происходит в этом мире" ("для наглядности можно считать, что каждый наблюдатель “расщепляется” на множество наблюдателей-двойников, по одному для каждого из эвереттовских миров") (такое расщепление сознания очень напоминает то, что в психиатрии называется шизофренией (греч. schizo – разделяю)) . К этому М.Б. Менский добавляет утверждение "что селекция альтернативы должна быть осуществлена сознанием" . М.Б. Менский и др. полагают, что путь через такую интерпретацию и сознание – единственная альтернатива явлению "редукции волновой функции". Но так ли это?

В предисловии к статье М.Б. Менского "Концепция сознания в контексте квантовой механики" В.Л. Гинзбург пишет: "Не понимаю, почему так называемая редукция волновой функции как-то связана с сознанием наблюдателя. Например, в известном дифракционном опыте электрон проходит через щели и затем на экране (фотопластинке) появляется "точка", т.е. становится известно, куда попал электрон… Разумеется точки на экране наблюдатель увидит и на следующий день после осуществления опыта, и при чем здесь какая-то особая роль его сознания, мне непонятно" . Это – нормальная физическая позиция, идущая от Галилея и Ньютона: физик имеет дело с объектами и операциями (измерения состояний, приготовления системы), которые оторваны от конкретного "наблюдателя" и его (или их) сознания, т.е. объективированы. Эти операции четко описываются и не важно, кто их будет выполнять Петров, Иванов или автомат. Если полагается, что это не так – это уже не физика, а что-то иное.

На каком же основании некоторые физики пытаются ввести сознание в основания физики? Таким основанием служит притча о том, что в квантовой механике существует проблема измерения, ведущая к парадоксам "редукции (коллапса) волновой функции. При этом утверждается 1) существование этой проблемы, 2) необходимость для ее решения введения наблюдателя или сознания в квантовую механику (что такое сознание – никто толком не знает, но именно поэтому на него можно свалить все). Притчу эту рассказывают видные физики. Однако, "аргумент от авторитета" уже в средние века считался слабейшим, а А.Эйнштейн предупреждал: "Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах, которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их действия..." ("О методе теоретической физики" (1933)).

В связи с этим проанализируем эту проблему более основательно. Для этого продолжим описание В.Л.Гинзбурга: "Если описывать состояние электрона после его взаимодействия с атомами в фотопластинке с помощью волновой функции, – говорит он, – то эта функция будет, очевидно отлична от первоначальной и, скажем, локализована в "точке" на экране. Это и называют обычно редукцией волновой функции" .

В этом "очевидно " и состоит корень всей проблемы. Это "очевидно" лежит в основании исходной формулировки проблем "редукции (коллапса) волновой функции" и "квантового измерения" в . Поэтому остановимся на этом "очевидно" и проанализируем, что же за ним стоит. Что "очевидно"? Очевидно, что измерение – это взаимодействие, это явление, которое можно теоретически описать, причем все без остатка . То есть очевидно «утверждение 1» (из приведенных выше трех утверждений). Но так ли это? “Появилась точка” и “произошел ”коллапс волновой функции” – не равнозначные утверждения. Первое – экспериментальный факт, второе – лишь возможная интерпретация этого факта. Поскольку последняя носит во многом не физический, а философский (натурфилософский) характер, и касается оснований физики, то надо эти основания и анализировать. Мне кажется, что многое объяснит небольшой экскурс в историю.

3. Структура эксперимента и механицистская редукция

Современная физика родилась в 17 в., ее истоками служат теория падения тела Галилея и динамика (механика) Ньютона. В первой было заложено фундаментальное отличие новой физики от умозрительной натурфилософии . Суть этого различия состояла в требовании материализации умозрительных построений с помощью операций приготовления (<П|) физической системы (например, гладкой наклонной плоскости, шарика, его помещения на определенной высоте) и измерения (|И>) соответствующих величин (времени, расстояния, скорости), которые предполагают наличие эталонов и операций сравнения с эталоном. Эти операции были заимствованы из техники . В результате возникает гетерогенная "теоретико-операциональная " структура физического эксперимента (приводимая Фоком в контексте спора с Бором) , выражающая важнейшие черты "научной революции XVII века":

<П| X(T) |И>. (1)

Здесь средняя часть отвечает теоретической модели явления (объекта или процесса) или самому явлению, если модели нет, и идет чисто экспериментальное исследование (которое нас пока интересовать не будет). При этом очень важны два момента: 1) именно операционные части <П| и |И> отличают физику от умозрительной натурфилософии ; 2) эти операции – особый материал, это технические операции, а не явления природы .

Так в Древней Греции науке о природе соответствовала натурфилософия (например, атомизм Демокрита), строящая онтологические модели «первой природы», и примыкавшая к ней физика Аристотеля, определенная им как наука о движении. При этом философия, натурфилософия и физика Аристотеля не имели ничего общего с техникой (механикой машин), с помощью которых мастеру удавалось перехитрить природу. Техника – это «вторая природа», предполагающая существование «первой природы» , являющейся предметом натурфилософии. Со времен Древней Греции до Нового времени господствовали представления, что «область механики – область технической деятельности , тех процессов, которые не протекают в природе как таковой без участия и вмешательства человека . Предмет механики – явления, происходящие «вопреки природе», т.е. вопреки течению физических процессов, на основе «искусства» (tecnh) или «ухищрения» (mhcanh)… «Механические» проблемы… представляют самостоятельную область, а именно – область операций с инструментами и машинами , область «искусства»… Под механикой понимается некое «искусство», искусство делать орудия и приспособления, помогающие одолеть природу…» . В XVII в. рассматриваемые две линии двигались раздельно. Математизированная натурфилософия (характеризовавшаяся метафорой "книги Природы, написанной на языке математики") искала законы естественного движения – «законы природы», не зависящие от деятельности человека . Не случайно знаменитый труд Ньютона называется «Математические начала натуральной философии», а не "механика", как это раздел физики стали называть позже. Машины же создавались искусством инженеров-механиков (порой с использованием механики-физики, как это было у Гюйгенса при расчете механизма часов), суть машины определялась людьми и сводилась к определенным функциям. Действия людей противопоставлялись природным явлениям , это были две разные области – области «второй» и «первой» природы .

У Галилея эти две линии пересекаются и порождают физический эксперимент и новую естественную науку – физику , которая в развитом виде представлена в "Математических началах натуральной философии" Ньютона. В этой новой физике используются операции приготовления и измерения относящиеся ко "второй" природе. Т.е. в структуре (1) средний член – принадлежащее "первой" природе явление, составляющее предмет исследования с помощью физических (естественнонаучных) понятийных средств, а крайние члены – принадлежащие "второй" природе технические средства. Важнейшим моментом структуры (1), образующей новое целое, является то, что эти крайние члены – не явления, а операции , действия человека, причем любого человека или даже автомата. Т.о. структура (1) включает кроме эмпирического явления и его теории еще и операции приготовления (<П|) и измерения (|И>), которые заимствованы из техники и имеют другую («вторую») природу.

Однако в начале XIX в. П. Лаплас порождает натурфилософию нового типа , в которой использует, вроде бы, понятия механики Ньютона, но без крайних операциональных частей. В результате чего по внешнему впечатлению они вытекают из физики, а по сути – типичные чисто умозрительные натурфилософские понятия. Эта натурфилософия стала называться механицизмом. Этот механицизм имеет несколько аспектов. Во-первых, это всеобщий детерминизм, отрицающий свободную волю: "Всякое имеющее место явление связано с предшествующим… мы должны рассматривать настоящее состояние вселенной как следствие ее предшествующего состояния и как причину последующего". "Воля, самая свободная, не может породить эти действия без побуждающей причины" (по сути здесь все живое сводится к сложной машине, предполагающей в качестве источника активности некую внешнюю силу). Во-вторых, - отрицание случайности – случайность есть "лишь проявление неведения, истинная причина которого – мы сами" .

Но самая главная для нас черта механицизма – редукционизм , сведение всего к механике (в XIX в. – классической). Суть этого редукционизма, и одновременно отношение к этому физиков очень ярко выразил видный физик и философ конца XIX в. Э.Мах: "Как бы вдохновенным тостом, посвященным научной работе XVIII ст., – говорит он – звучат часто цитируемые слова великого Лапласа: "Интеллект, которому были бы даны на мгновение все силы природы и взаимное положение всех масс и который был бы достаточно силен для того, чтобы подвергнуть эти данные анализу, мог бы в одной формуле представить движения величайших масс и мельчайших атомов; ничего не было бы для него неизвестного, его взорам было бы открыто и прошедшее и будущее". Лаплас разумел при этом, как это можно доказать, и атомы мозга ... В целом идеал Лапласа едва ли чужд огромному большинству современных естествоиспытателей..." . Эту лапласовскую редукционистскую логику, основанную на тезисе – все состоит из атомов, атомы подчиняются физическим законам, следовательно, все должно подчиняться физическим законам (для Лапласа – законам динамики и тяготения Ньютона), в ХХ в. на основе законов квантовой механики почти слово в слово воспроизводят Э.Шредингер и многие другие видные физики: "Если квантовая теория способна дать полное описание всего, что может произойти во вселенной, то она должна иметь возможность описать также сам процесс наблюдения через волновые функции измерительной аппаратуры и исследуемой системы. Кроме того, в принципе, квантовая теория должна описать и самого исследователя, наблюдающего явления при помощи соответствующей аппаратуры и изучающего результаты эксперимента... через волновые функции различных атомов, составляющих этого исследователя " . Эта же логика применима и в отношении операций приготовления: все приборы, инструменты и исходные материалы, а также манипулирующий ими человек, состоят из атомов, которые взаимодействуют между собой (все со всем связано), поэтому не бывает замкнутых систем и неоткуда взяться чистым состояниям отдельных микрочастиц, описываемых волновыми функциями.

Итак, в механицизме «вторая» природа растворяется в «первой» и забывается принципиальная разница между техническими операциями, связанными с деятельностью человека и естественными явлениями природы. Лапласовская натурфилософия, которая, по сути, превращала измерение (и приготовление) в явление, разрушая структуру эксперимента (1), не имела серьезных последствий для физики того времени, где по-прежнему царствовала структура (1), и никто всерьез не рассматривал вопрос об описании с помощью уравнений Ньютона операцию измерения длины стержня.

Иная ситуация возникла в квантовой механике XX в. Здесь И. Шредингер (в "кошке Шредингера") и многие другие физики, повторив рассуждение Лапласа (с точностью до замены механики Ньютона на квантовую механику), породили «проблему измерения в квантовой механике» и связанную с этим проблему «редукции (коллапса) волновой функции».

4. Критика постановки проблемы как ключ к ее решению

Все проблемы и парадоксы квантовой механики, включая "редукцию волновой функции", основываются на этой механицистской натурфилософии. Поэтому если ее убрать, то парадоксы рассыпаются, а проблема "редукции волновой функции" превращается в произвольное утверждение. Действительно, физическая суть "теории квантовых измерений" И. фон Неймана состоит в теоретическом рассмотрении составных систем, полученных путем последовательного "откалывания" от прибора частей, и включение их в исследуемую систему, т.е. в центральную часть (сх. 1), что приводит к усложнению теоретической части за счет включения в нее элементов измерительной части . Но эта процедура не приводит к принципиальным трудностям и описывается обычной квантовой механикой. "Редукция волновой функции" приписывается руками как ad hoc гипотеза в конце, на основании лишь механицистской натурфилософии . Если последний аргумент посчитать неосновательным, то сразу становится видна граница между "первой" природой – явлением, и "второй" природой – операциями сравнения с эталоном.

Сравнение с эталоном является операцией, актом деятельности людей, а не естественным природным явлением (в обсуждаемом выше В. Гинзбургом эксперименте можно включить в систему взаимодействие квантовой частицы с атомом фотопластинки, но фиксация положения этого атома фотопластинки производится каким-то прибором типа микрометра, и эта фиксация является операцией, которая не может рассматриваться как естественное явление ). Аналогичным качеством обладают и процедуры приготовления. Это свойство крайних «операциональных» элементов в структурной формуле (1) можно назвать «нетеоретичностью» (но не в позитвистском смысле чистого «эмпирического факта», а в смысле принадлежности техническим операциям). То есть в физике граница проходит между теоретическим описанием и операциями , а не между "наблюдаемым" и "ненаблюдаемым" (электрон – ненаблюдаем, но "приготовляем", его параметры ненаблюдаемы, но измеряемы), и не между микромиром и "классическим языком" (Бор) . Эту принципиальную границу фиксирует и Фон Нейман. Но он ее фиксирует как границу между "наблюдаемым" и "наблюдателем" , интерпретируя их в духе позитивизма Э.Маха: "опыт может приводить только к утверждениям этого типа - наблюдатель испытал определенное (субъективное) восприятие, но никогда не к утверждениям таким, как: некоторая физическая величина имеет определенное значение» . Я же утверждаю обратное: измеримая «физическая величина» имеет объективное «определенное значение», а «наблюдатель» может быть заменен автоматом. Итак, измерение (как и приготовление) является технической операцией, а не явлением , откуда следует отсутствие "явления" "редукции волновой функции", т.е. берущееся многими физиками в качестве очевидного "утверждени 1", которое не только не очевидно, но и ложно . В квантовой механике, как и в других разделах физики, измерения проявляют, а не изменяют состояния .

Что касается введенного И. фон Нейманом и П.Дираком проекционного оператора, действующего на волновые функции, то его место можно проиллюстрировать на примере "экрана со щелью". Согласно структуре (1), экран со щелью может выполнять различные функции, в зависимости от своего положения в этой структуре. В области приготовления он будет выполнять роль фильтра, приготавливающего исходное состояние. Он может быть и элементом измерительного прибора. Но в обоих этих случаях он включен в технические операции и находится вне области применимости языка волновых функций, который применим лишь к описанию явлений в центральной части (1) и предназначен только для описания "первой" природы. Только находясь внутри исследуемой системы, в рамках ее описания экран со щелью будет (в квазиклассическом приближении) описываться проекционным оператором.

Неверно и "утверждение 2". В качестве основного аргумента в его пользу приводится высказанный еще фон Нейманом тезис о том, что если систему подвергнуть двум непосредственно следующим друг за другом измерениям ("неразрушающим", "1-го рода" по Паули), то результат второго измерения совпадет с результатом первого. Он ссылался при этом на опыт Комптона–Симонса по столкновению фотонов и электронов. С тех пор его принято рассматривать как известный экспериментальный факт, подтверждающий "утверждение 2" . Но правильна ли подобная интерпретация этого опыта? Корректная постановка задачи о повторном взаимодействии в рамках стандартной квантовой механики, опирающейся на уравнение Шредингера, рассмотрена Л. Шиффом как задача о вычислении распределения вероятностей возбуждения двух атомов в камере Вильсона пролетающей быстрой квантовой частицей (электроном) . Другими словами, экспериментальные результаты, обычно приводимые в подтверждение тезиса фон Неймана и "утверждения 2" , корректно описываются в рамках стандартной квантовой механики, как задача об изменении состоянии частицы в ходе двух повторных взаимодействий. Поэтому "утверждение 2" и основанное на нем "утверждение 3" являются также необоснованными.

Таким образом, экспериментальные результаты, обычно приводимые в подтверждение утверждений фон Неймана, можно описать в рамках стандартной квантовой механики без этого утверждения. "На сегодняшний день, – по словам Д.Н. Клышко, – по-видимому, все известные эксперименты количественно описываются стандартными алгоритмами квантовой теории и постулатом Борна . Снова и снова подтверждается лишь адекватность квантового формализма (при правильном выборе модели) и постулата Борна. Примечательно, что проекционный постулат фон Неймана–Дирака (в отличие от постулата Борна), по-видимому, никогда не используется при количественном описании реальных экспериментов. Он, как и понятие частичной редукции, фигурирует лишь в общих качественных натурфилософских рассуждениях. По крайней мере, на сегодня авторам неизвестно экспериментальных результатов, которые было бы нельзя подобным образом теоретически описать… Таким образом, мы приходим к выводу, что “проблема редукции волновой функции” является лишь некоторой гипотезой (или постулатом), предложенной Дираком и фон Нейманом (1932 г.) и представляет собой типичный пример "порочного круга": сперва принимается на веру, что волновая функция по неизвестной причине уничтожается вне области регистрации (для измерения типа определения положения частицы), а потом это принимается за закон природы, согласно известному англоязычному выражению – “adopted by repetition”" . Часто редукцию представляют как “реальное” событие . В ряде учебников и монографий редукция объявляется одним из основных постулатов квантовой механики, как это делается, например, в (но при этом на стр. 294 делается следующее знаменательное примечание: "...при проведении тщательного различия между процедурой приготовления и процедурой измерения проективный постулат не нужен"). Однако, проекционный постулат фон Неймана–Дирака фактически не нужен и никогда не используется для количественного описания реально наблюдаемых эффектов . Поэтому не удивительно, что в ряде работ понятие редукции, его необходимость подвергается сомнению (см. ). Например, согласно , "...проекционное правило фон Неймана следует рассматривать как чисто математическое и ему не следует придавать никакого физического смысла".

Итак, приводимые в "теорфизическом" формализме постулаты Борна (см. начало этой статьи) дают все, что надо для сравнения теории и эксперимента. Это основные постулаты квантовой механики, согласующиеся со всеми известными экспериментами. Понятие же "редукции волновой функции" в момент измерения выглядит излишним. Более того, описание квантовых корреляционных эффектов в терминах редукции и связанная с этим терминология (нелокальность, телепортация (их обсуждение см. в )) ведет к псевдопарадоксам типа сверхсветового телеграфа. Главной логической ошибкой, приводящей к "проблеме редукции волновой функции" (и "парадоксов" "кота Шредитнгера" и др.), является игнорирование гетерогенности структуры физики (1), из которой следует, что измерение (и приготовление) – это не явление природы, а операция, связанная с человеческой техникой, которая может то, что не может природа . И это имеет место в физике, начиная с теории падения тела у Г.Галилея, а не только в квантовой механике.

Полнота квантовой механики состоит не в теоретическом квантовомеханическом описании всех операций измерения (и приготовления), а, также как и в других разделах физики, в формулировке непротиворечивых оснований квантовой механики, включающих операции измерения (и приготовления). В этом смысле "новая" квантовая механика, созданная в 1925-1927 гг., полна (это демонстрирует "теорфизическая" формулировка оснований). Именно поэтому после 1925-1927 гг. квантовая механика успешно развивается как нормальная наука, опирающаяся на "теорфизическую" формулировку квантовой механики, и большинство физиков мало обеспокоено проблемой "редукции волновой функции", зачастую даже не зная о ней вовсе.

Литература

1. Барвинский А.О., Каменщик А.Ю., Пономарев В.Н. Фундаментальные проблемы интерпретации квантовой механики. Современный подход. М.: МГПИ, 1988.

2. Бом Д. Квантовая теория. М.: Наука, 1965.

3. Бор Н. Избранные научные труды. М.: Наука, т.1, 1970. -582 с.; т.2, 1971.

4. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое . (М.: Наука,1989)

5. Григорьян А.Т., Зубов В.П. Очерки развития основных понятий механики. М.: Наука, 1962.

6. Клышко Д.Н., Липкин А.И. "О "коллапсе волновой функции", "квантовой теории измерений" и "непонимаемости" квантовой механики". Электронный журнал "Исследовано в России", 53, стр 736-785, 2000 г.

7. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика в 10 т. М.: Наука, 1965–1987.

8. Лаплас, П. С. Опыт философии теории вероятностей: Попул. излож. основ теории вероятностей и ее прил. М. : Типо-лит. Кушнерев, 1908.

9. Липкин А.И. Основания современного естествознания. Модельный взгляд на физику, синергетику, химию. М.: "Вузовская книга", 2001.

10. Липкин А.И. Существует ли явление "редукции волновой функции" при измерении в квантовой механике? // Успехи физических наук, т.171, N4, 2001, с. 437-444.

11. Липкин А.И. Квантовая механика как раздел теоретической физики. Формулировка системы исходных понятий и постулатов // Актуальные вопросы современного естествознания. 2005, вып.3, с. 31-43.

12. Липкин А.И. Объектная теоретико-операциональная модель структуры научного знания // Философия науки (под ред. А.И. Липкина). М.: ЭКСМО, 2007.

13. Липкин А.И. Философские проблемы квантовой механики // Философия науки (под ред. А.И. Липкина). М.: ЭКСМО, 2007.

14. Мах Э.. Популярно-научные очерки. СПб.: Образование, 1909.

15. Менский М.Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов // Успехи физических наук, 2000, т.170, вып. 6, с. 631-648.

16. Менский М.Б. Квантовая механика, сознание и мост между двумя культурами // Вопросы философии, 2004, № 6, 64–74.

17. Менский М.Б. Концепция сознания в контексте квантовой механики // Успехи физических наук. 2005. Т. 175. № 4. С. 413-435.

18. Нейман фон И . Математические основы квантовой механики. М.: Наука, 1964.

19. Пенроуз Р. Тени разума в поисках науки о сознании. Москва; Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2005.

20. Поппер К. Квантовая теория и раскол в физике. Из "Постскриптума" к "Логике научного открытия" (пер. С англ., комм., и послесл. А.А.Печенкина) М.: Логос, 1998.

21. Садбери А. Квантовая механика и физика элементарных частиц (М.: Мир,1989).

22. Фок В.А. Критика взглядов Бора на квантовую механику // Успехи физических наук, 1951, XLV. 1, с. 3–14.

23. Шифф Л . Квантовая механика (М.: ИЛ, 1959) .

24. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Тт. 1-4. М., Наука, 1965-1967.

25. Ballentine L E Int. J. Theor. Phys. 27 , 211 (1988)

26. Braginsky V B, Khalili F Y Quantum Measurement (Cambridge Univ.Press, 1992)

27. Compton A. H., Simon A.W. Directed Quanta of Scattered X-rays // Phys.Rev., 1925, v. 26, p. 289–299.

28. Home D, Whitaker M A B Interpretations of Quantum Measurement without the Collapse Postulate // Phys. Lett. 1988, v. A 128, p. 1-3.

29. Margenau H. Measurement in Quantum Mechanics // Annals of Physics (N.Y.), 1963, v. 23, p. 469-485.

30. Namiki M, Pascazio S, in Fundamental Problems in Quantum Theory // Phys. Rev. 1993, v. A 44, p. 39-48.

31. Quantum mechanics without reduction (Eds. M Sini, J Levy-Leblond) (Bristol: Hilger, 1990).

32. Quantum Theory and Measurement (Eds JAWheeler, W H Zurek) (Princeton: Princeton University Press, 1983) p. 168

33. Wigner E.P. The Problem of Measurement // Amer. J. of Physics, 1963, v. 31, p. 6-15.

Эта формулировка основана на более общем "объектном теоретико-операциональном" взгляде на физику, являющимся результатом анализа двух фундаментальных научных революций – XVII в. и границы XIX–XX вв. (на отрезке от создания максвелловской электродинамики до формулировки "новой" квантовой механики) . В ходе последней физика разбивается на отдельные разделы, каждый из которых имеет четкие основания (в виде системы принципов-постулатов), в которые входит определение основных ("первичных ") идеальных объектов (ПИО ) данного раздела физики (типа механической частицы в классической механике и электромагнитного поля в электродинамике), из которых строятся "вторичные" идеальные объекты (ВИО) – модели различных явлений (подобно тому, как в геометрии из точек и прямых строятся различные фигуры). При этом формирование ПИО и оснований раздела физики идет не по эмпирическо-реалистической схеме Фр. Бэкона (от эмпирических фактов к эмпирическим обобщениям (закономерностям), а затем к общим теоретическим законам), которая была раскритикована еще в XVIII в. Д.Юмом и И.Кантом, а в XX в. – К. Поппером (с которым был солидарен А. Эйнштейн), а по рационалистически-конструктивистской схеме Г.Галилея: от теоретического определения понятия к его материализации с помощью обсуждаемых ниже операций приготовления и измерения (вакуум у Галилея – это то, где тело падает равномерноускоренно, инерциальная система отсчета у Ньютона – это то, где выполняются законы Ньютона, и т.д. и далее дается способ их реализации в эмпирическом материале). То есть ПИО первичны, а их эмпирическая материализация – приближение. Для ВИО – наоборот: они служат приближенной моделью для описываемого ими природного явления. В центре этой, сформировавшейся к началу XX в. формы представления физического знания, содержащегося в курсах теоретической физики ( и др.), оказывается физический объект (система) и его состояния, а не законы, которые выступают в качестве одной из сторон объекта (ПИО).

Значения же этих величин в отдельном акте измерения сопоставить с состоянием системы нельзя ни до, ни после этого акта измерения (если оно не приготовлено в особом “собственном” состоянии).

Она представлена в мире сегодня такими видными учеными, как Е. Вигнер и Р. Пенроуз , а у нас в стране М.Б. Менским и др.

Данная работа продолжает критический анализ подобных утверждений, начатый в .

Сделал я одно измерение и попал в одну "проекцию", сделал другое – в другую. А как быть, если я не один на Земле этим занимаюсь? Ответ на этот вопрос в выглядит так: "В любом эвереттовском мире все наблюдатели видят одно и то же, их наблюдения согласованы друг с другом". То есть оказывается, что сознание одно на всех (епископ Беркли в аналогичном месте вводил Бога как универсального наблюдателя), хотя ранее говорилось, что "индивидуальное сознание субъективно осуществляет выбор (селекцию)". На каком же основании делается столь сильное утверждение? На основании того, что иначе все развалится (не будет "линейности квантовой эволюции") и автор не видит другого пути, как призвать всемогущее сознание. Т.е. один из центральных для "многомировой интерпретации" вопрос (его ахиллесова пята) – преодоление "шизометрии" при наличии многих наблюдателей – не решается.

С чем приятнее жить: с простым сознанием вероятностного поведения квантовых объектов и операциональным характером измерения (о чем говорится ниже) или с сознанием "шизометрии" бесконечно расщепляющихся существований для "объяснения" этого вероятностного поведения квантовых объектов, наверное, – дело вкуса, но никакой логической стройности последняя ни к чему не добавляет, что подтверждает ее изложение в , кишащее многочисленными "есть основания думать", "если принять эту гипотезу", "достаточно правдоподобной представляется", "если отождествить", и т.п., которые скрывают множество произвольных ad hoc гипотез. Принципиальная непроверяемость ("многомировая интерпретация не может быть проверена экспериментально" ) данной конструкции говорит о ее чисто натурфилософском характере. Нет и связи многомировой интерпретации с "квантовой криптографией" и "квантовым компьютером", которые используют свойства (идеи) не многомировой интерпретации, а "перепутанных" состояний, введенных в знаменитом мысленном эксперименте Эйнштейна, Подольского, Розена, который в рамках "теорфизического" подхода был рассмотрен в .

Это напоминает сценический прием "Бога из машины" в пьесах XVII-XVIII вв. (для того, чтобы получить благополучный конец в пьесе, в конце действия на сценической машине спускается античный бог и все расставляет на нужные места).

Подобное членение можно найти и у Гейзенберга , а также у Г. Маргенау , но там оно трактуется по-другому.

Наряду с такой "квантовой теорией измерения", существует теория измерений, которая, как и в классической физике, занимается вопросами отличия идеального измерения, фигурирующего в физической теории (и схеме (1)) от реального, выполненного в данной материальной реализации на основе имеющихся материалов и приборов.

К этому следует добавить, что так называемая "проблема квантовых измерений" часто рассматривается как смесь двух явлений: 1) взаимодействия квантовой частицы (системы) с квазиклассической системой или с квантовой статистической системой, которая описывается матрицей плотности, а не волновой функцией, и 2) собственно "редукции волновой функции". Но первая не представляет каких-либо принципиальных проблем.

Именно эта имеющая логически необходимый статус граница скрывается за утверждением Бора, что «экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики», «должны производиться на обычном языке, дополненном терминологией классической физики» . Но боровская форма их выявления неадекватна. Его обоснование необходимости «классичности» приборов опирается на утверждение, что иначе нельзя бы было «рассказать, что мы сделали и что узнали в итоге»». Но что такое «обычный язык» и «классическая физика»? И язык и физика развиваются. Новые понятия возникают вместе с новыми разделами физики. Так в конце XIX в. «неклассическим» и непонятным понятием было электромагнитное поле. Язык позволяет формулировать и новые "неклассические" понятия.

"Однако в любом случае, сколь далеко ни продолжали бы мы вычисления - до ртутного сосуда термометра, до его шкалы, до сетчатки или до клеток мозга, - в некоторый момент мы должны будем сказать: а это воспринимается наблюдателем. Это значит, что мы всегда должны делить мир на две части - наблюдаемую систему и наблюдателя . В первой из них мы можем, по крайней мере принципиально, сколь угодно подробно исследовать все физические процессы; в последней это бессмысленно. Положение границы между ними в высокой степени произвольно … Однако это обстоятельство ничего не меняет в том, что при каждом способе описания эта граница должна быть где-нибудь проведена , если только все не проходит впустую, т. е. если сравнение с опытом должно быть возможным" (курсив мой. – А.Л. ) .

Поэтому нет в квантовой механике "странного дуализма", состоящего в "предположении наличия двух типов изменений вектора состояний", о котором говорил Вигнер .

Результат дает заметную вероятность только в случае, если направление движения частицы почти параллельно как линии, соединяющей атомы, так и направлению конечного импульса рассеянной частицы. Т.е. взаимодействие движущейся частицы высокой энергии с другой частицей (которая может использоваться как «пробное тело» в косвенном измерении) в случае малой передачи энергии слабо изменяет состояние этой частицы. Естественным развитием рассмотрения пары последовательных измерений являются рассматриваемые в "непрерывные измерения" типа следа в камере Вильсона.

Включая современные реальные экспериментальные реализации мысленного эксперимента Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР) и "телепортации" состояний фотона (см. ).

То же можно сказать и о применении в "квантовой теории измерений" концепции декогеренции , действительной областью применения которой являютсязадачи по взаимодействию квантовой системы с термостатом и систем состоящих из большого числа атомов (мезосистем) .



 

Возможно, будет полезно почитать: