Ролі спостерігача у процесі включеного спостереження. Роль спостерігача у квантовій фізиці Вправа на складання графіка роботи

Ніхто у світі не розуміє квантову механіку – це головне, що потрібно про неї знати. Так, багато фізиків навчилися користуватися її законами і навіть передбачати явища за квантовими розрахунками. Але досі незрозуміло, чому присутність спостерігача визначає долю системи та змушує її зробити вибір на користь одного стану. "Теорії та практики" підібрали приклади експериментів, на результат яких неминуче впливає спостерігач, і спробували розібратися, що квантова механіка збирається робити з таким втручанням свідомості в матеріальну реальність.

кіт Шредінгера

Сьогодні існує безліч інтерпретацій квантової механіки, найпопулярнішою серед яких залишається копенгагенська. Її головні положення у 1920-х роках сформулювали Нільс Бор та Вернер Гейзенберг. А центральним терміном копенгагенської інтерпретації стала хвильова функція - математична функція, що містить інформацію про всі можливі стани квантової системи, в яких вона одночасно перебуває.

За копенгагенською інтерпретацією, точно визначити стан системи, виділити його серед інших може лише спостереження (хвильова функція лише допомагає математично розрахувати можливість виявити систему в тому чи іншому стані). Можна сказати, що після спостереження квантова система стає класичною: миттєво перестає співіснувати відразу в багатьох станах на користь одного з них.

Такий підхід завжди мав супротивники (згадати хоча б «Бог не грає в кістки» Альберта Ейнштейна), але точність розрахунків і передбачень брала своє. Втім, останнім часом прихильників копенгагенської інтерпретації стає дедалі менше і не остання причина тому - цей загадковий миттєвий колапс хвильової функції при вимірі. Знаменитий уявний експеримент Ервіна Шредінгера з бідолахою-котом якраз був покликаний показати абсурдність цього явища.

Отже, нагадуємо зміст експерименту. У чорну скриньку поміщають живого кота, ампулу з отрутою і якийсь механізм, який може у випадковий момент пустити отруту в дію. Наприклад, один радіоактивний атом, при розпаді якого розіб'ється ампула. Точний час розпаду атома невідомий. Відомий лише період напіврозпаду: час, за який розпад станеться із ймовірністю 50%.

Виходить, що для зовнішнього спостерігача кіт усередині ящика існує одразу у двох станах: він або живий, якщо все йде нормально, або мертвий, якщо розпад стався та ампула розбилася. Обидва ці стани описує хвильова функція кота, яка змінюється з часом: що далі, то більше ймовірність, що радіоактивний розпад вже стався. Але як тільки ящик відкривається, хвильова функція колапсує і ми відразу бачимо результат живодерського експерименту.

Виходить, доки спостерігач не відкриє скриньку, кіт так і вічно балансуватиме на кордоні між життям і смертю, а визначить його долю лише дію спостерігача. Ось абсурд, який вказував Шредінгер.

Дифракція електронів

За опитуванням найбільших фізиків, проведеним газетою The New York Times, досвід з дифракцією електронів, поставлений у 1961 році Клаусом Єнсоном, став одним із найкрасивіших в історії науки. У чому його суть?

Є джерело, що випромінює потік електронів у бік екрану-фотопластинки. І є перешкода на шляху цих електронів – мідна пластинка із двома щілинами. Якої картини на екрані очікується, якщо представляти електрони просто маленькими зарядженими кульками? Двох засвічених смуг навпроти щілин.

Насправді на екрані з'являється набагато складніший візерунок з чорних і білих смуг, що чергуються. Справа в тому, що при проходженні через щілини електрони починають вести себе не як частинки, а як хвилі (подібно до того, як і фотони, частки світла, одночасно можуть бути і хвилями). Потім ці хвилі взаємодіють у просторі, десь послаблюючи, а десь посилюючи один одного, і в результаті на екрані з'являється складна картина з світлих і темних смуг, що чергуються.

При цьому результат експерименту не змінюється, і якщо пускати електрони через щілину не суцільним потоком, а поодинці, навіть одна частка може бути одночасно хвилею. Навіть один електрон може одночасно пройти через дві щілини (і це ще одне з важливих положень копенгагенської інтерпретації квантової механіки – об'єкти можуть одночасно виявляти і свої «звичні» матеріальні властивості та екзотичні хвильові).

Але до чого тут спостерігач? При тому, що з ним і так заплутана історія стала ще складнішою. Коли в подібних експериментах фізики спробували зафіксувати за допомогою приладів, через яку щілину насправді проходить електрон, картинка на екрані різко змінилася і стала «класичною»: дві засвічені ділянки навпроти щілин і ніяких смуг, що чергуються.

Електрони начебто не захотіли виявляти свою хвильову природу під пильним поглядом спостерігача. Підлаштувалися під його інстинктивне бажання побачити просту та зрозумілу картинку. Містика? Є куди простіше пояснення: ніяке спостереження за системою не можна провести без фізичного на неї. Але до цього повернемося ще трохи згодом.

Нагрітий фулерен

Досліди щодо дифракції частинок ставили не тільки на електронах, а й на куди більших об'єктах. Наприклад, фулеренах - великих, замкнутих молекулах, складених із десятків атомів вуглецю (так, фулерен із шістдесяти атомів вуглецю за формою дуже схожий на футбольний м'яч: порожню сферу, пошите з п'яти- і шестикутників).

Нещодавно група з Віденського університету на чолі з професором Цайлінгер спробувала внести елемент спостереження в подібні досліди. Для цього вони опромінювали рухомі молекули фулерену лазерним променем. Після, нагріті зовнішнім впливом, молекули починали світитися і тим самим неминуче виявляли для спостерігача своє місце у просторі.

Разом із таким нововведенням змінилася і поведінка молекул. До початку тотального стеження фулерени цілком успішно огинали перешкоди (виявляли хвильові властивості) подібно до електронів з минулого прикладу, що проходять крізь непрозорий екран. Але пізніше, з появою спостерігача, фулерени заспокоїлися і почали поводитись як цілком законослухняні частинки матерії.

Охолодний вимір

Одним із найвідоміших законів квантового світу є принцип невизначеності Гейзенберга: неможливо одночасно встановити положення та швидкість квантового об'єкта. Чим точніше вимірюємо імпульс частинки, тим менш точно можна виміряти її положення. Але дія квантових законів, що працюють на рівні крихітних частинок, зазвичай непомітна у світі великих макрооб'єктів.

Тому ціннішими є нещодавні експерименти групи професора Шваба зі США, в яких квантові ефекти продемонстрували не на рівні тих же електронів або молекул фулерену (їх характерний діаметр - близько 1 нм), а на трохи більш відчутному об'єкті - крихітній алюмінієвій смужці.

Цю смужку закріпили з обох боків так, щоб її середина була у підвішеному стані та могла вібрувати під зовнішнім впливом. Крім того, поруч із смужкою знаходився прилад, здатний з високою точністю реєструвати її положення.

В результаті експериментатори виявили два цікаві ефекти. По-перше, будь-який вимір положення об'єкта, спостереження за смужкою не проходило для неї безвісти - після кожного виміру положення смужки змінювалося. Грубо кажучи, експериментатори з великою точністю визначали координати смужки і цим, за принципом Гейзенберга, змінювали її швидкість, отже, і наступне становище.

По-друге, що вже зовсім несподівано деякі виміри ще й призводили до охолодження смужки. Виходить, спостерігач може лише однією своєю присутністю змінювати фізичні характеристики об'єктів. Звучить зовсім неймовірно, але на честь фізиків скажемо, що вони не розгубилися - тепер група професора Шваба думає, як застосувати виявлений ефект для охолодження електронних мікросхем.

Частини, що завмирають

Як відомо, нестабільні радіоактивні частинки розпадаються у світі не лише заради експериментів над котами, а й цілком самі собою. У цьому кожна частка характеризується середнім часом життя, яке, виявляється, може збільшуватися під пильним поглядом спостерігача.

Вперше цей квантовий ефект передбачили ще в 1960-х роках, а його блискуче експериментальне підтвердження з'явилося у статті, опублікованій 2006 року групою нобелівського лауреата з фізики Вольфганга Кеттерле з Массачусетського технологічного інституту.

У цій роботі вивчали розпад нестабільних збуджених атомів рубідії (розпадаються на атоми рубідії в основному стані та фотони). Відразу після приготування системи, збудження атомів за ними починали спостерігати – просвічувати їх лазерним пучком. У цьому спостереження велося у двох режимах: безперервному (в систему постійно подаються невеликі світлові імпульси) і імпульсному (система іноді опромінюється імпульсами сильнішими).

Отримані результати добре збіглися з теоретичними пророкуваннями. Зовнішні світлові дії справді уповільнюють розпад частинок, як би повертають їх у вихідний, далекий від розпаду стан. При цьому величина ефекту для двох досліджених режимів також збігається з прогнозами. А максимально життя нестабільних збуджених атомів рубідії вдалося продовжити у 30 разів.

Квантова механіка та свідомість

Електрони та фулерени перестають виявляти свої хвильові властивості, алюмінієві пластинки охолоджуються, а нестабільні частинки завмирають у своєму розпаді: під всесильним поглядом спостерігача світ змінюється. Чим не свідчення залучення нашого розуму в роботу світу навколо? То може бути праві були Карл Юнг і Вольфганг Паулі (австрійський фізик, лауреат Нобелівської премії, один із піонерів квантової механіки), коли говорили, що закони фізики та свідомості повинні розглядатися як взаємодоповнюючі?

Але так залишається лише один крок до чергового визнання: весь світ довкола суть нашого розуму. Моторошно? («Ви й справді думаєте, що Місяць існує лише коли ви неї дивитеся?» - коментував Ейнштейн принципи квантової механіки). Тоді спробуємо знову звернутися до фізиків. Тим більше, останніми роками вони все менше шанують копенгагенську інтерпретацію квантової механіки з її загадковим колапсом хвилею функції, на зміну якому приходить інший, цілком приземлений та надійний термін – декогеренція.

Справа ось у чому - у всіх описаних дослідах зі спостереженням експериментатори неминуче вплинули на систему. Підсвічували її лазером, встановлювали вимірювальні прилади. І це загальний, дуже важливий принцип: не можна поспостерігати за системою, виміряти її властивості, не провзаємодіявши з нею. А де взаємодія, там і зміна властивостей. Тим більше, коли з крихітною квантовою системою взаємодіють махини квантових об'єктів. Тож вічний, буддистський нейтралітет спостерігача неможливий.

Саме це пояснює термін «декогеренція» - незворотний з погляду процес порушення квантових властивостей системи за її взаємодії з іншою, великою системою. Під час такої взаємодії квантова система втрачає свої початкові риси і стає класичною, підпорядковується системі великої. Цим і пояснюється парадокс із котом Шредінгера: кіт є настільки великою системою, що його просто не можна ізолювати від світу. Сама постановка уявного експерименту не зовсім коректна.

У будь-якому випадку, в порівнянні з реальністю як актом творення свідомості, декогеренція звучить значно спокійніше. Навіть, можливо, надто спокійно. Адже з таким підходом весь класичний світ стає одним великим ефектом декогеренції. А як стверджують автори однієї з найсерйозніших книг у цій галузі, з таких підходів ще й логічно випливають твердження на кшталт «у світі немає жодних частинок» або «не існує жодного часу на фундаментальному рівні».

Створюючий спостерігач чи всесильна декогеренція? Доводиться вибирати із двох зол. Але пам'ятайте - зараз вчені все більше переконуються, що в основі наших розумових процесів лежать ті самі горезвісні квантові ефекти. Отже, де закінчується спостереження і починається реальність - вибирати доводиться кожному з нас.

Невтручання спостерігача, якщо його викликано спеціально обумовленими умовами (як у разі включеного спостереження), вважається майже основним постулатом наукового методу. Однак у соціальних науках виконати його дуже непросто. Тут кінцеві результати багато в чому залежать від особистості спостерігача, його ставлення до явищ, що вивчаються. Адже спостереження - метод збирання інформації, заснований на безпосередньому контакті дослідника та об'єкта дослідження.

Неввімкненеспостереження. В ідеалі вчений при невключеному спостереженні має стати невидимкою. Оскільки ідеал недосяжний, спостерігачеві слід поводитися так, щоб на нього звертали якнайменше уваги, щоб зменшити перешкоди, що вносяться їм у явище, що спостерігається. Йому протипоказаний яскравий (помітний) одяг, екстравагантність манер поведінки, зайва демонстрація своєї зацікавленості досліджуваними подіями. Він повинен мати стійку психіку, флегматичний темперамент, здатність зберігати самовладання при різких змінах ситуації, терпіння та стійкість у збереженні своєї позиції стороннього спостерігача.

Увімкненеспостереження. Тут від спостерігача будуть потрібні вміння швидко та ефективно налагоджувати контакти з незнайомими людьми, товариськість, доброзичливість, тактовність, стриманість та толерантність (терпимість до інших людей).

У лабораторнихспостереженнях, проведених у штучно створених умовах, підвищується значимість вміння дослідника регулювати ці умови та контролювати їх вплив на спостережуваних, а також таких рис, як принциповість та акуратність, технічна грамотність (у зв'язку з використанням аудіовізуальних засобів спостереження).

У польовихспостереженнях, здійснюваних у звичайному соціальному житті і дають більш об'єктивну інформацію, особливу роль відіграють знання смислів невербальних реакцій людей (усмішок, жестів), оперативна пам'ять, аналітичність мислення спостерігача, його здатність відмежовувати один від одного окремі ознаки об'єкта, що вивчається, розподіляти свою увагу на всі ці ознаки і перемикати його на один із них.

Стандартизованеспостереження, якому властиві чітко формалізовані процедури та інструменти, передбачає підвищену здатність спостерігача до зосередження уваги на деталях та самоконтролю, а також пунктуальності, старанності та педантизму.

Нестандартизованийспостереження, коли заздалегідь не визначено більшу частину елементів, що підлягають реєстрації, вимагає багато в чому протилежного - солідної теоретичної підготовки в галузі соціології, психології, соціальної психології та конфліктології, вміння з однаковою увагою стежити, як мінімум, за 5-7 параметрами ситуації, здатності швидко перемикати увагу, не зациклюючись лише на якомусь одному прояві категорії спостереження.

Доповідь: Роль спостерігача у квантовій механіці

Олексій Мазур

Головна проблема квантової механіки – це питання, що відбувається у момент редукції хвильової функції. Чому плоска хвиля електрона "реалізується" в одній точці фотопластини? Чи є наша нездатність «обчислити», яка саме з наявних можливостей «реалізується», фундаментальним законом природи, або наслідком недосконалості використовуваних нами методів і приладів. Сам процес редукції так само не вловимо, як лінія горизонту або основа веселки. Який момент він відбувається? У момент взаємодії хвильової функції з фотопластиною, що є «класичним» об'єктом, або ж у момент «спостереження» експериментатора за фотопластиною? І чим же так виділено «спостерігач», що йому надано право вибирати яким з можливих шляхів піде світ далі?

Спробуймо розібратися, де проходить межу між «класичним» і квантовим об'єктом. Під час перебування студентами (а саме тільки студенти, мабуть, у наш час і задаються такими питаннями), мій батько В.А.Мазур та його друг А.В.Гайнер міркували приблизно так. Процес «спостереження» - це процес взаємодії хвильової функції з приладом, який має настільки складну хвильову функцію, що розрахувати її немає жодної можливості. Тому він є традиційним об'єктом. Результат взаємодії хвильової функції електрона з таким об'єктом непередбачуваний і носить імовірнісний характер, але не тому, що це фундаментальний закон природи, а тому, що наші методи дослідження недосконалі. Бажаючи спростити модель спостереження, вони гіпотетично поставили такий експеримент. Беремо плоску хвилю електрона, що падає на ідеально плоску фотопластину, що складається з атомів водню, розташованих у шаховому порядку. Усі атоми перебувають у основному стані. Обчислити результат взаємодії не становить великої праці. Хвильова функція пластини після взаємодії є сумою N (де N – число атомів у пластині) доданків, кожне з яких має «вагу» 1/N. Перший доданок - атом номер 1 збуджений, інші - в основному стані, другий доданок - атом номер 2 збуджений, інші - в основному стані і т.д. Висновок, який звідси зробили мій батько і А.В.Гайнер – така пластина не є класичним об'єктом, а залишається квантовим, реальні пластини влаштовані досить складно, щоб бути класичними.

Я ж пропоную довести їхній гіпотетичний експеримент до кінця, і розглянути, що буде після взаємодії цієї пластини зі спостерігачем. Звичайно, змоделювати хвильову функцію спостерігача нам не під силу. Але деякі аналогії здаються досить очевидними. Отже, наш «квантовий» спостерігач глянув на цю фотопластину. Що станеться із його хвильовою функцією? Як легко можна зрозуміти, вона розпадеться на N доданків. Умовно їх можна назвати так: перший доданок - спостерігач бачить збуджений атом номер 1, другий доданок - спостерігач бачить збуджений атом номер 2 і т.д. Знову, начебто, момент редукції від нас вислизнув. Але розглянемо суб'єктивні відчуття спостерігача. Припустимо, він провів цей експеримент тричі. Як легко бачити, його хвильова функція має вже N у кубі доданків. І ось тут і відбулася редукція. Припустимо, що він зустрів «класичного», а не «квантового» спостерігача, який запитав його результати цих експериментів. І від N у кубі доданків нашого «квантового» спостерігача залишиться лише одне. Але зауважте - він буде твердо впевнений у тому, що в першому випадку він бачив збудженим атом, скажімо номер 27, у другому - 3, а в третьому - 137. Жодних спогадів про інші складові своєї хвильової функції в ньому не залишиться. Про ці свої «суб'єктивні» відчуття він і розповість «класичному» спостерігачеві.

Звідси бачимо, що процес редукції то, можливо зовсім не пов'язані з процесом «спостереження». У момент «спостереження» не спостерігач «вибирає» один із можливих станів світу, а сам «розпадеться» на доданки. Кожен із цих доданків відповідає доданкам «вимірюваного» об'єкта. Припустимо, що редукція відбувається взагалі дуже рідко. Щороку, наприклад. Всі спостерігачі, і ми з вами, у тому числі, після редукції та уявлення не матимемо про те, що наші хвильові функції мали інші «складові, що не реалізувалися».

Очевидно, що особливої ​​потреби у «реалізації», як такої, немає. Вона випливала із суб'єктивного відчуття тих спостерігачів, які «бачили» як із рівноймовірних можливостей випадковим чином «реалізується» лише одна. Адже жодна із доданків хвильової функції спостерігача не містить інформації про інших доданків.

Тут ми упираємося в питання про те, що таке "я" спостерігача. Легко зрозуміти, що «суб'єктом» не весь ансамбль «доданків», лише одне їх. Причому – будь-яке. Тобто, людина є не «світовою лінією», а «дерево», причому точками розгалуження є моменти «спостережень», а просто – моменти взаємодії з навколишнім світом. І це стосується, як ви розумієте, не тільки людей.

Картина світу, яка постає після усвідомлення вищевикладеного, виглядає фантастично. Все, що могло статися, сталося. Всі втрачені можливості були реалізовані, вони існують в одному світі та просторі з нами, але жодного впливу на нас не мають. І, треба визнати, що ця картина світу є прямим наслідком законів квантової механіки, а не домислами псевдонаукових фантастів.

Скептики, звісно, ​​можуть сказати – а які наслідки із цих міркувань? Жодного практичного сенсу вони не в собі не несуть. Це не зовсім так.

По-перше, ставати очевидним, що немає меж між квантовим і класичним об'єктом. Момент редукції для нашого суб'єктивного «Я» відбувається справді на момент спостереження. Але це не ми щось робимо зі світом, а світ щось робить із нами. Але для простоти можна залишити поняття редукції та пишатися тим, що кожен «реалізує» свій світ.

По-друге, легко пояснюється той експеримент, який був поставлений чи то наприкінці сорокових, чи то на початку п'ятдесятих. Якась частка розпадалася на два уламки, кожен з яких летів у протилежних напрямках. Так, як у момент розпаду частка спочивала, то всі напрямки польоту одного уламка були рівноймовірні. Але другий, згідно із законом збереження імпульсу, повинен був летіти в строго протилежному напрямку. Детектори, що уловлюють уламки, були поставлені так, щоб різниця часів між «упійманням» уламків була меншою, ніж потрібно світлу, щоб дійти від одного детектора до іншого (щоб виключити можливий вплив результатів на одному детекторі на результати на іншому). Парадокс був у тому, що хвильові функції двох осколків «реалізовувалися» узгоджено один проти одного, згідно із законами збереження, але ставлячи в глухий кут фізиків – як хвильова функція осколка номер два «дізнається» про редукцію хвильової функції осколка номер один, що відбулася? Чи дізнається швидше швидкості світла?

Як тепер розуміємо, редукція осколка номер два відбувається над момент його взаємодії з детектором, а момент взаємодії спостерігача з детектором, отже причинно-наслідкові зв'язку не порушуються.

Спостерігач тут - сторонній, як і в невключеному спостереженні, але випробувані зазвичай не знають про цілі спостереження. Дослідник вигадує якусь легенду, яка пояснює його присутність дома події.
Для спостерігача-учасника хіба що «спостереження супроводжує спостереженню», наприклад, у процесі інтерв'ю чи експерименту. Цю роль журналіст приміряє він постійно.
Учасник-спостерігач не приховує своєї мети, і ті, кого він спостерігає, знають про це. Протягом тривалого спостереження учасники ситуації звикають до присутності спостерігача і часто перестають його помічати.
Учасник діє при повному включенні до ситуації; зазвичай при цьому ховаються справжні цілі спостереження і дослідник або журналіст стає повністю членом групи, що спостерігається. Якщо це триває довго, спостерігач може втратити об'єктивність, у нього виникають свої взаємини із членами групи, свої переваги.
Класичний приклад такого спостереження продемонстрував американський соціолог, співробітник Гарвардського університету У. Уайт, який протягом трьох з половиною років (1936–1939) вивчав злочинні групи емігрантів з Італії, оселившись у їхніх нетрях. В результаті з'явилася книга «Товариство на розі вулиці».
У журналістиці такий прийом називається «Журналіст змінює професію», про що вже йшлося. Нерідко письменники і журналісти користувалися спостереженням, яке схоже на соціологічне. Багато нарисів Горького, Писемського можна назвати соціологічними, як і «Острів Сахалін» Чехова, «Записки з мертвого дому» Достоєвського*.
Журналістський прийом, який називається «Журналіст змінює професію», близький до соціологічного. Це спосіб, який соціологи називають включеним спостереженням. Михайло Кольцов працював таксистом, написавши про це найцікавіший нарис. Журналіст "Известий" Анатолій Гудімов часто змінював професії. В результаті з'явилася книга «Таємниця чужої професії». Широко відома історія німецьких журналістів, які, загримувавшись під робітників-емігрантів, працювали в німецькій шахті, ділячи з ними всі тягарі їхньої роботи та побуту. І сьогодні журналісти нерідко користуються методом включеного спостереження.
Що входить у структуру предмета спостереження? Це корисно знати і журналісту, і соціологові. Спостерігати, як вважає В. А. Ядов, можна:
- загальну характеристику соціальної ситуації, сфери діяльності (виробництво, політика, сімейне життя, структура вільного часу тощо);
- правила та норми, що регулюють стан об'єкта в цілому, ступінь саморегуляції об'єкта спостереження;
- характеристики типовості об'єкта, що спостерігається, щодо інших об'єктів у даній ситуації (екологічне середовище, область життєдіяльності, стан суспільної свідомості тощо);
- суб'єктів та учасників соціальних подій (різні соціально-демографічні групи), їх взаємини (офіційні та неофіційні);
- цілі діяльності та соціальні інтереси, загальні та групові інтереси, офіційні та неформальні, узгодженість чи конфлікт інтересів;
- структуру діяльності: стимули, мотиви, засоби для досягнення цілей (за змістом та за моральною оцінкою), за інтенсивністю діяльності (продуктивна, репродуктивна, напружена, спокійна), результати (матеріальні та духовні продукти);
- регулярність і частоту подій, що спостерігаються.
Найбагатший матеріал для спостереження, який може бути використаний і журналістами, які пишуть про війну, дають переліки питань для досліджень, які залишили нам відомі російські соціологи ще в ХІХ – на початку ХХ ст. Познайомимося з одним із фрагментів подібних програм. Г. Є. Шумаков, учений-медик (1873–1927), один із засновників вітчизняної психіатрії, брав участь у російсько-японській війні 1904–1905 рр., був лікарем. Він склав дуже цікаві питання вивчення стану учасників російсько-японської війни*.
Яким є душевний стан: при отриманні наказу про виступ з бівака в бій; під час руху поза сферою вогню; при русі та стоянні під вогнем рушничним (далеким, ближнім, залповим, пачками тощо), кулеметним (як впливає ритмічна дія кулемета), артилерійським (шимозами, шрапнелями, бомбами тощо). Вплив звуку польотів снарядів, їх розривів, отруєння газами тощо. буд. Душевний стан при дії нашої артилерії та ворожої.
При штурмі та багнетному ударі; при успіху та неуспіху, при зрозумілому завданні та невідомості; при довгій стоянці дома; при голоді, недоїданні, недосипанні, спразі тощо.
При обороні: вплив укріплень, окопів, штучних перешкод (ближніх, далеких), місцевих предметів, закрить, бійниць, фугасів тощо. При отриманні відомостей про відхід, при фланговому (тильному) вогні.
Стан духу після поранення та втрат (перших та наступних). Стан після бою. Очікування наступного бою.
Стихійний порив уперед, як і чим був викликаний. Паніка під час бою, причини виникнення та заходи припинення.
Дія на стан духу релігійних почуттів, любові до батьківщини, почуттів обов'язку, самолюбства, сорому, взаємної виручки, нагород, дисципліни, стягнень тощо.
Вражаюче знання військової ситуації дозволило до дрібниць передбачити досліднику умови, які можуть впливати на душевний стан воїнів. Хіба не корисно було б журналістові, який їде у гарячі точки, з такою ж подробицями накидати собі план спостережень?
Не менш цікавий розділ програми спостереження пов'язаний із самоспостереженням та зі спостереженням поведінки інших під час військової обстановки. Наведемо вибірково деякі елементи плану.

А.І. Ліпкін

Московський фізико-технічний інститут (державний університет), Москва

"Насправді кожен філософ має своє домашнє природознавство, і кожен природодослідник - свою домашню філософію. Але ці домашні науки бувають у більшості випадків дещо застарілими, відсталими" [Е. Мах, Пізнання та оману. М., 2003, с. 38]

Розглядаються фізичні та філософські підстави "проблеми" "редукції хвильової функції". Показується, що підстави проблеми є філософськими, а не фізичними, і вирішення цієї проблеми лежить на шляху правильної постановки питання та обліку теоретико-операційної гетерогенності структури фізики, а не у введенні свідомості до підстав квантової механіки.

1. Введення

В наведено "теорфізичне" формулювання створеної в 1925-1927 рр.. квантової механіки, що містить чіткий виклад принципів (постулатів), що лежать в її основі, що містяться в роботах Шредінгера, Борна, Гейзенберга і Бора, (по суті настільки ж чітких, що і в теорії відносності). У класифікації К. Поппера вона відповідає "третьій" (після "копенгагенської" (Бор, Борн, Гейзенберг та ін.) та "антикопенгагенській" (Ейнштейн, де Бройль, Шредінгер та ін.) "Інтерпретації" (точніше "парадигми") квантової механіки, тією, якою користуються фізики, що працюють у квантовій механіці, головним з цих принципів-постулатів є твердження, що 1) у квантовій механіці стан фізичної системи визначається не значеннями, а розподілами ймовірності значень відповідних вимірних величин (це природне узагальнення поняття стану у фізиці). ; з цього випливає, що 2) один вимір нічого не говорить про стан системи, і щоб визначити розподіл ймовірності шляхом вимірювання, потрібна досить довга серія вимірювань, 3) а шляхом обчислення це можна зробити за допомогою "імовірнісної інтерпретації хвильової функції" (зазвичай з ім'ям М. Борна пов'язують лише останнє, але воно має на увазі і перші два, тому я об'єдную всі три під ім'ям "постулати М. Борна");. Це поширене серед фізиків уявлення (у разі я його засвоїв, навчаючись у Московському фізико-технічному інституті), яке з деякої історичної традиції випадає з філософського обговорення проблем квантової механіки. " Теорфізична" " інтерпретація " приймає положення " копенгагенської інтерпретації " про повноті квантової механіки та про імовірнісний тип опису, що застосовується до індивідуальних квантових об'єктів, але стверджує, що стан квантової системи існує незалежно від того, вимірюється воно чи ні . У цьому формулюванні відсутні "парадокси" і немає явища "редукції (колапсу) хвильової функції".

Однак існує широко поширена (у тому числі і серед фізиків) традиція філософського обговорення проблем квантової механіки, де обговорюються і "парадокси" ("кота Шредітнгера" та ін.) та проблема "редукції (колапсу) хвильової функції" і, прагнучи їх вирішити, доходять до твердження про включення свідомості у формалізм квантової механіки. Так відомий фізик В. Гайтлер, дотримуючись положень "копенгагенської" інтерпретації, приходить до висновку, що "з'являється спостерігач як необхідна частина всієї структури, причому спостерігач з усією повнотою своїх можливостей свідомої істоти". Він стверджує, що у зв'язку з виникненням квантової механіки "не можна більше підтримувати поділ світу на "об'єктивну реальність поза нами" і "нас", які усвідомлюють себе сторонніх спостерігачів. Суб'єкт та об'єкт стають невіддільні один від одного". Поппер вважає, що Гайтлер тут дає "чітке формулювання доктрини включення суб'єкта у фізичний об'єкт, доктрина, яка у тій чи іншій формі є у Гейзенберга у " фізичних принципах квантової теорії " й у багатьох інших... " [цит. по 20, с. 74]. Тому варто особливо розглянути підстави всіх цих тверджень, які, до того ж, на перевірку виявляються не фізичними, а філософськими (світоглядними).

2. Формулювання "проблеми редукції (колапсу) хвильової функції"

Для зручності аналізу розіб'ємо формулювання проблеми "редукції (колапсу) хвильової функції" на наступні твердження:

твердження 1:вимір є явище, яке має описуватися квантовою теорією;

твердження 2:на мові квантової теорії це явище описується як миттєве зміна хвильової функції системи, від Y = S k c k | b) до | b 1 ñ з ймовірністю | з 1 | 2 (відповідно до правил Борна); цей стрибок і називається " редукцією (або колапсом) хвильової функції";

твердження 3:такий перехід не описується рівнянням Шредінгера і тому виявляється. незаконнимз точки зору рівнянь стандартної квантової механіки. Виводиться з останнього твердження (що спирається на два перших) неповнота сучасної квантової механіки і необхідність додаткового розвитку її підстав і становить суть того, що з часів фон Неймана мають на увазі під проблемою редукції (колапсу) хвильової функції”.

Зі спроби вирішення цієї проблеми, шляхом розширення "копенгагенської інтерпретації" виростає особливий напрямок у філософії квантової механіки (на стику "копенгагенської" ("борівської") та "антикопенгагенської" ("ейнштейнівської") "інтерпретацій" квантової механіки). Поділяючи основні тези копенгагенців про імовірнісний опис і про те, що акт виміру породжує стан, Фон Нейман показує, що останній з них призводить до нової проблеми, додаючи тим самим ще один класичний "парадокс" в скарбничку антикопенгагенців, на підтримку їхньої тези про неповноту ( сучасної квантової механіки. Для вирішення цієї проблеми у 1930-х pp. у самого фон Неймана (в його класичній книзі) пропонується введення у формулювання квантової механіки спостерігача, а в другій половині XX ст. – свідомості та такої екзотики як багатосвітова інтерпретація Еверетта – Віллера – ДеВітта.

В останній передбачається, що кожна компонента в суперпозиції відповідає окремому світу. У кожному світі існує своя квантова система і свій спостерігач, причому стан системи і стан спостерігача скорелюються. розщеплення "світів. У кожному з паралельних світів вимірна величина bмає певне значення b i , і саме це значення і бачить спостерігач, "що поселяється в цьому світі"". Згідно М. Б. Менського в цій інтерпретації вважається, що «різні члени суперпозиції відповідають різним класичним реальностям, або класичним світам… Свідомість спостерігача розшаровується, розділяється, відповідно до того, як квантовий світ розшаровується на безліч альтернативних класичних світів». При цьому "ніякої редукції при вимірі не відбувається, а різні компоненти суперпозиції відповідають різним класичним світам, однаково реальним. Будь-який спостерігач теж виявляється в стані суперпозиції, тобто його свідомість розщеплюється" ("виникає " квантове розщеплення”спостерігача"), у кожному зі світів виявляється "двійник", який усвідомлює те, що відбувається в цьому світі" ("для наочності можна вважати, що кожен спостерігач "розщеплюється" на безліч спостерігачів-двійників, по одному для кожного з евереттівських світів" ) (таке розщеплення свідомості дуже нагадує те, що в психіатрії називається шизофренією(грец. schizo - поділяю)) . До цього М.Б. Менський додає твердження "що селекція альтернативи має бути здійснена свідомістю". М.Б. Менський та інших. вважають, шлях через таку інтерпретацію і свідомість – єдина альтернатива явищу " редукції хвильової функції " . Але чи це так?

У передмові до статті М.Б. Менського "Концепція свідомості у тих квантової механіки" В.Л. Гінзбург пише: "Не розумію, чому так звана редукція хвильової функції якось пов'язана зі свідомістю спостерігача. Наприклад, у відомому дифракційному досвіді електрон проходить через щілини і потім на екрані (фотопластинці) з'являється "точка", тобто стає відомо, куди потрапив електрон… Зрозуміло, крапки на екрані спостерігач побачить і наступного дня після здійснення досвіду, і до чого тут якась особлива роль його свідомості, мені незрозуміло». Це - нормальна фізична позиція, що йде від Галілея і Ньютона: фізик має справу з об'єктами та операціями (вимірювання станів, приготування системи), які відірвані від конкретного "спостерігача" та його (або їх) свідомості, тобто. об'єктивовані. Ці операції чітко описуються і не важливо, хто їх виконуватиме Петров, Іванов чи автомат. Якщо вважається, що це не так – то це вже не фізика, а щось інше.

На якій же підставі деякі фізики намагаються ввести свідомість у основи фізики? Такою підставою служить притча про те, що в квантовій механіці існує проблема вимірювання, що веде до парадоксів "редукції (колапсу) хвильової функції. При цьому стверджується 1) існування цієї проблеми; 2) необхідність для її вирішення введення спостерігача або свідомості в квантову механіку (що таку свідомість - ніхто до ладу не знає, але саме тому на нього можна звалити все.. Притчу цю розповідають видні фізики. Однак, "аргумент від авторитету" вже в середні віки вважався найслабшим, а А. Ейнштейн попереджав: "Якщо ви хочете дещо- що з'ясувати у фізиків-теоретиків про методи, які вони застосовують, я раджу вам твердо дотримуватися одного принципу: не слухайте, що вони говорять, а краще вивчайте їхні дії...” (“Про метод теоретичної фізики” (1933)).

У зв'язку з цим проаналізуємо цю проблему ґрунтовніше. Для цього продовжимо опис В.Л.Гінзбурга: "Якщо описувати стан електрона після його взаємодії з атомами у фотопластинці за допомогою хвильової функції, - каже він, - то ця функція буде, очевидно, відмінна від початкової і, скажімо, локалізована в "точці" на екрані. Це і зазвичай називають редукцією хвильової функції" .

В цьому " очевидноі складається корінь усієї проблеми. Це "очевидно" лежить в основі вихідного формулювання проблем "редукції (колапсу) хвильової функції" і "квантового виміру" в. Тому зупинимося на цьому "очевидно" і проаналізуємо, що ж за ним стоїть. очевидно"? Очевидно, що вимір - це взаємодія, це явище, яке можна теоретично описати, причому все без залишку. Тобто очевидним є «затвердження 1» (з наведених вище трьох тверджень). Але чи це так? “З'явилася точка” та “відбувся ”колапс хвильової функції” – не рівнозначні твердження. Перше - експериментальний факт, друге - лише можлива інтерпретація цього факту. Оскільки остання носить багато в чому не фізичний, а філософський (натурфілософський) характер, і стосується фізики, то треба ці підстави і аналізувати. Мені здається, що багато чого пояснить невеликий екскурс в історію.

3. Структура експерименту та механіцистська редукція

Сучасна фізика народилася в 17 ст, її витоками служать теорія падіння тіла Галілея та динаміка (механіка) Ньютона. У першій було закладено фундаментальне відмінність нової фізики від умоглядної натурфілософії. Суть цієї відмінності полягала у вимогі матеріалізаціїумоглядних побудов за допомогою операцій приготування (<П|) физической системы (например, гладкой наклонной плоскости, шарика, его помещения на определенной высоте) и вимірювання(|І>) відповідних величин (часу, відстані, швидкості), які передбачають наявність еталоніві операцій порівнянняз еталоном. Ці операції були запозичені з техніки. В результаті виникає гетерогенна теоретико-операційна"Структура фізичного експерименту (наведена Фоком в контексті суперечки з Бором), що виражає найважливіші риси "наукової революції XVII століття":

<П| X(T) |И>. (1)

Тут середня частина відповідає теоретичній моделі явища (об'єкта або процесу) або самому явищу, якщо моделі немає, і йде суто експериментальне дослідження (яке нас поки що цікавити не буде). При цьому дуже важливими є два моменти: 1) саме операційні частини <П| и |И> відрізняють фізику від умоглядної натурфілософії; 2) ці операції – особливий матеріал, це технічні операції, а чи не явища природи.

Так у Стародавній Греції науці про природу відповідала натурфілософія (наприклад, атомізм Демокрита), що будує онтологічні моделі «першої природи», і фізика Аристотеля, що примикала до неї, визначена ним як наука про рух. При цьому філософія, натурфілософія та фізика Аристотеля не мали нічого спільного з технікою (механікою машин), за допомогою яких майстру вдавалося перехитрити природу. Техніка - це "друга природа", яка передбачає існування "першої природи", що є предметом натурфілософії З часів Стародавню Грецію до Нового часу панували уявлення, що «область механіки – область технічної діяльності, тих процесів, які не протікають у природі як такій без участі та втручання людини. Предмет механіки – явища, які «всупереч природі», тобто. всупереч течії фізичних процесів, на основі «мистецтва» (tecnh) або «хитрощів» (mhcanh)… «Механічні» проблеми… представляють самостійну область, а саме – область операцій з інструментами та машинами, область «мистецтво»… Під механікою розуміється якесь «мистецтво», мистецтво робити знаряддя та пристосування, що допомагають здолати природу…» . У XVII ст. дві лінії рухалися окремо. Математизована натурфілософія (характеризована метафорою "книги Природи, написаної мовою математики") шукала закони природного руху – «закони природи», що не залежать від діяльності людини. Не випадково знаменита праця Ньютона називається «Математичні засади натуральної філософії», а не "механіка", як це розділ фізики стали називати пізніше. Машини ж створювалися мистецтвом інженерів-механіків (іноді з використанням механіки-фізики, як це було у Гюйгенса при розрахунку механізму годинника), суть машини визначалася людьми і зводилася до певних функцій. Дії людей протиставлялися природним явищам, це були дві різні області – області «другої» та «першої» природи.

У Галілея ці дві лінії перетинаються та породжують фізичний експерименті нову природничу науку - фізику, яка у розвиненому вигляді представлена ​​в "Математичних засадах натуральної філософії" Ньютона. У цій новій фізиці використовуються операції приготування та вимірювання, що відносяться до "другої" природи. Тобто. у структурі (1) середній член – що належить " першій " природі явище, що становить предмет дослідження з допомогою фізичних (природничо) понятійних засобів, а крайні члени – належать " другій " природі технічні засоби. Найважливішим моментом структури (1), що утворює нове ціле, є те, що ці крайні члени – не явища, а операції, дії людини, причому будь-якої людини чи навіть автомата. Т.о. структура (1) включає крім емпіричного явища та його теорії ще й операції приготування (<П|) и измерения (|И>), які запозичені з техніки та мають іншу («другу») природу.

Однак на початку ХІХ ст. П. Лапласпороджує натурфілософію нового типу, у якій використовує, як би, поняття механіки Ньютона, але не матимуть крайніх операційних елементів. Внаслідок чого за зовнішнім враженням вони випливають із фізики, а по суті – типові суто умоглядні натурфілософські поняття. Ця натурфілософія стала називатися механіцизмом. Цей механіцизммає кілька аспектів. По-перше, це загальний детермінізм, заперечує вільну волю: " Будь-яке явище пов'язані з попереднім… ми повинні розглядати справжній стан всесвіту як наслідок її попереднього стану як і причину наступного " . "Воля, найвільніша, не може породити ці дії без спонукаючої причини" (по суті тут все живе зводиться до складної машини, що передбачає як джерело активності певну зовнішню силу). По-друге, - заперечення випадковості – випадковість є " лише прояв незнання, справжня причина якого – ми самі " .

Але найголовніша для нас риса механіцизму - редукціонізм, зведення всього до механіки (у ХІХ ст. – класичної). Суть цього редукціонізму, і водночас ставлення до цього фізиків дуже яскраво висловив видатний фізик та філософ кінця XIX ст. Е.Мах: "Начебто натхненним тостом, присвяченим науковій роботі XVIII ст., – каже він – звучать часто цитовані слова великого Лапласа: "Інтелект, якому були б дано на мить усі сили природи та взаємне становище всіх мас і який був би достатньо сильний у тому, щоб піддати ці дані аналізу, міг у одній формулі уявити руху найбільших мас і найдрібніших атомів; нічого не було б для нього невідомого, його поглядам було б відкрито і минуле і майбутнє". Лаплас розумів при цьому, як це можна довести, та атоми мозку... Загалом ідеал Лапласа навряд чи чужий величезній більшості сучасних дослідників природи..." . Цю лапласовську редукціоністську логіку, засновану на тезі - все складається з атомів, атоми підпорядковуються фізичним законам, отже, все має підпорядковуватися фізичним законам(для Лапласа – законам динаміки та тяжіння Ньютона), у ХХ ст. на основі законів квантової механіки майже слово в слово відтворюють Е. Шредінгер і багато інших відомих фізиків: "Якщо квантова теорія здатна дати повний опис всього, що може статися у всесвіті, то вона повинна мати можливість описати також сам процес спостереженнячерез хвильові функції вимірювальної апаратурита досліджуваної системи. Крім того, в принципі, квантова теорія повинна описати і самого дослідника, який спостерігає явища за допомогою відповідної апаратури і вивчає результати експерименту. через хвильові функції різних атомів, що становлять цього дослідникаЦя ж логіка застосовна і щодо операцій приготування: всі прилади, інструменти і вихідні матеріали, а також людина, що маніпулює ними, складаються з атомів, які взаємодіють між собою (все з усім пов'язано), тому не буває замкнутих систем і ні звідки взятися чистим станів окремих мікрочастинок, що описуються хвильовими функціями.

Отже, в механіцизмі «друга» природа розчиняється в «першій» і забувається принципова різниця між технічними операціями, пов'язаними з діяльністю людини та природними явищами природи. Лапласовська натурфілософія, яка, по суті, перетворювала вимір (і приготування) на явище, руйнуючи структуру експерименту (1), не мала серйозних наслідків для фізики того часу, де, як і раніше, панувала структура (1), і ніхто всерйоз не розглядав питання про опис за допомогою рівнянь Ньютона операцію виміру довжини стрижня.

Інша ситуація виникла у квантовій механіці XX ст. Тут І. Шредінгер (у "кішці Шредінгера") та багато інших фізиків, повторивши міркування Лапласа (з точністю до заміни механіки Ньютона на квантову механіку), породили «проблему вимірювання в квантовій механіці» і пов'язану з цим проблему «редукції (колапсу) хвильової функції».

4. Критика постановки проблеми як ключ до її вирішення

Всі проблеми та парадокси квантової механіки, включаючи "редукцію хвильової функції", ґрунтуються на цій механіцистській натурфілософії. Тому якщо її прибрати, то парадокси розсипаються, а проблема "редукції хвильової функції" перетворюється на довільне затвердження. Справді, фізична суть " теорії квантових вимірів " І. фон Неймана полягає у теоретичному розгляді складових систем, отриманих шляхом послідовного " відколювання " від приладу частин, і включення в досліджувану систему, тобто. в центральну частину (сх. 1), що призводить до ускладнення теоретичної частини за рахунок включення до неї елементів вимірювальної частини. Але ця процедура не призводить до важливих труднощів і описується стандартною квантовою механікою. "Редукція хвильової функції" приписується руками як ad hoc гіпотеза в кінці, на підставі лише механіцистської натурфілософії. Якщо останній аргумент вважати безпідставним, то відразу стає видно межу між "першою" природою - явищем, і "другою" природою - операціямипорівняння з зразком.

Порівняння з еталоном є операцією, актом діяльності людей, а не природним явищем (в обговорюваному вище В. Гінзбургом експерименті можна включити в систему взаємодію квантової частки з атомом фотопластинки, але фіксація положення цього атома фотопластинки проводиться якимось приладом типу мікрометра, і фіксація є операцією, яка не може розглядатися як природне явище). Аналогічну якість мають і процедури приготування. Цю властивість крайніх «операційних» елементів у структурній формулі (1) можна назвати «нетеоретичності» (але не в позитвистському значенні чистого «емпіричного факту», а в сенсі належності технічним операціям). Тобто у фізиці кордонпроходить між теоретичним описом та операціями, а не між "спостережуваним" і "неспостережуваним" (електрон – неспостерігаємо, але "приготуємо", його параметри неспостерігаються, але вимірювані), і не між мікросвітом і "класичною мовою" (Бор). Цей принциповий кордон фіксує і Фон Нейман. Але він її фіксує як кордон між "спостережуваним" і "спостерігачем", інтерпретуючи їх у дусі позитивізму Е.Маха: "досвід може призводити тільки до тверджень цього типу - спостерігач зазнав певного (суб'єктивного) сприйняття, але ніколи не до тверджень таких, як : деяка фізична величина має певне значення ". Я ж стверджую протилежне: вимірна "фізична величина" має об'єктивне "певне значення", а "спостерігач" може бути замінений автоматом. Отже, вимір (як і приготування) є технічною операцією, а не явищем, звідки випливає відсутність " явища " " редукції хвильової функції " , тобто. що береться багатьма фізиками як очевидне "затвердження 1", яке не тільки не очевидне, а й хибне. У квантовій механіці, як і в інших розділах фізики, вимірювання виявляють, а не змінюють стану.

Що стосується введеного І. фон Нейманом і П.Дірак проекційного оператора, що діє на хвильові функції, то його місце можна проілюструвати на прикладі "екрана зі щілиною". Відповідно до структури (1), екран зі щілиною може виконувати різні функції, залежно від свого положення у цій структурі. В області приготування він виконуватиме роль фільтра, що готує вихідний стан. Він може бути елементом вимірювального приладу. Але в обох цих випадках він включений в технічні операції і знаходиться поза сферою застосування мови хвильових функцій, який застосовується лише до опису явищ у центральній частині (1) і призначений тільки для опису "першої" природи. Тільки перебуваючи всередині досліджуваної системи, в рамках її опису екран зі щілиною (у квазікласичному наближенні) описуватиметься проекційним оператором.

Невірно і "ствердження 2". Як основний аргумент на його користь наводиться висловлена ​​ще фон Нейманом теза про те, що якщо систему піддати двом безпосередньо наступним один за одним вимірам ("неруйнівним", "1-го роду" за Паулі), то результат другого виміру збігатиметься з результатом першого . Він посилався при цьому на досвід Комптона-Сімонса щодо зіткнення фотонів та електронів. З того часу його прийнято розглядати як відомий експериментальний факт, що підтверджує "затвердження 2". Але чи правильна така інтерпретація цього досвіду? Коректна постановка задачі про повторній взаємодіїв рамках стандартної квантової механіки, що спирається на рівняння Шредінгера, розглянута Л. Шиффом як завдання про обчислення розподілу ймовірностей збудження двох атомів в камері Вільсона швидкою квантовою частинкою (електроном), що пролітає. Іншими словами, експериментальні результати, які зазвичай приводяться в підтвердження тези фон Неймана і "затвердження 2", коректно описуються в рамках стандартної квантової механіки як завдання про зміну стану частинки в ході двох повторних взаємодій. Тому "затвердження 2"і засноване на ньому "затвердження 3"є також необґрунтованими.

Таким чином, експериментальні результати, які зазвичай приводяться в підтвердження тверджень фон Неймана, можна описати в рамках стандартної квантової механіки без цього твердження. "На сьогоднішній день, – за словами Д.Н. Клишка, – мабуть, всі відомі експерименти кількісно описуються стандартними алгоритмами квантової теорії та постулатом Борна. Знову і знову підтверджується лише адекватність квантового формалізму (при правильному виборі моделі) та постулату Борна. Примітно, що проекційний постулат фон Неймана-Дірака (на відміну від постулату Борна), мабуть, ніколи не використовується при кількісному описі реальних експериментів, який, як і поняття часткової редукції, фігурує лише в загальних якісних натурфілософських міркуваннях. на сьогодні авторам невідомо експериментальних результатів, які було б не можна подібним чином теоретично описати… Отже, ми приходимо до висновку, що “проблема редукції хвильової функції” є лише деякою гіпотезою (або постулатом), запропонованою Діраком та фон Нейманом (1932 р.) і є типовим прикладом "порочного кола": спершу приймається на віру, що хвильова функція з невідомої причини знищується поза областю реєстрації (для вимірювання типу визначення положення частки), а потім це приймається за закон природи, згідно з відомим англомовним виразом – “adopted by repetition”. Часто редукцію представляють як “реальну” подію. У ряді підручників та монографій редукція оголошується одним з основних постулатів квантової механіки, як це робиться, наприклад, у (але при цьому на стор. 294 робиться таке знаменне примітка: "...при проведенні ретельної різниці між процедурою приготування та процедурою вимірювання проектний постулат не потрібен"). Однак, проекційний постулат фон Неймана-Дірака фактично не потрібний і ніколи не використовуєтьсядля кількісного опису реально спостережуваних ефектів. Тому не дивно, що у низці робіт поняття редукції, його необхідність піддається сумніву (див. ). Наприклад, згідно , "...проекційне правило фон Неймана слід розглядати як суто математичне і йому не слід надавати жодного фізичного сенсу".

Отже, наведені в "теорфізичному" формалізмі постулати Борна (див. початок цієї статті) дають усе, що треба для порівняння теорії та експерименту. Це основні постулати квантової механіки, що узгоджуються з усіма відомими експериментами. Поняття "редукції хвильової функції" в момент вимірювання виглядає зайвим. Більше того, опис квантових кореляційних ефектів у термінах редукції та пов'язана з цим термінологія (нелокальність, телепортація (їх обговорення див. в)) веде до псевдопарадоксів типу надсвітлового телеграфу. Головною логічною помилкою, що призводить до "проблеми редукції хвильової функції" (і "парадоксів" "кота Шредітнгера" та ін.), є ігнорування гетерогенності структури фізики (1), з якої випливає, що вимір(і приготування) – це не явище природи, а операція, пов'язана з людською технікою, яка може те, що природа не може. І це має місце у фізиці, починаючи з теорії падіння тіла у Г.Галілея, а не лише у квантовій механіці.

Повнота квантової механіки полягає не в теоретичному квантовомеханічному описі всіх операцій вимірювання (і приготування), а, як і в інших розділах фізики, у формулюванні несуперечливих підстав квантової механіки, що включають операції вимірювання (і приготування). У цьому вся сенсі " нова " квантова механіка, створена 1925-1927 рр., повна (це демонструє " теорфізична " формулювання підстав). Саме тому після 1925-1927 р.р. квантова механіка успішно розвивається як нормальна наука, що спирається на "теорфізичне" формулювання квантової механіки, і більшість фізиків мало стурбована проблемою "редукції хвильової функції", часто навіть не знаючи про неї зовсім.

Література

1. Барвінський А.О., Каменяр А.Ю., Пономарьов В.М. Фундаментальні проблеми інтерпретації квантової механіки. Сучасний підхід М.: МДПІ, 1988.

2. Бом Д. Квантова теорія. М: Наука, 1965.

3. Бор Н. Вибрані наукові праці. М: Наука, т.1, 1970. -582 с.; т.2, 1971.

4. Гейзенберг Ст. Фізика та філософія. Частина та ціле. (М.: Наука, 1989)

5. Григор'янА.Т., Зубов В.П. Нариси розвитку основних понять механіки. М: Наука, 1962.

6. Клишко Д.М., Липкін А.І."Про "колапс хвильової функції", "квантову теорію вимірювань" і "незрозумілість" квантової механіки". Електронний журнал "Досліджено в Росії", 53, стор 736-785, 2000 р.

7. Ландау Л.Д., Ліфшиц О.М.Теоретична фізика в 10 т. М.: Наука, 1965-1987.

8. Лаплас, П. С. Досвід філософії теорії ймовірностей: Попул. виклад. основ теорії ймовірностей та її дод. М.: Тіпо-літ. Кушнерєв, 1908.

9. Ліпкін А.І.Підстави сучасного природознавства. Модельний погляд на фізику, синергетику, хімію. М: "Вузовська книга", 2001.

10. Ліпкін А.І.Чи існує явище "редукції хвильової функції" при вимірі квантової механіки? // Успіхи фізичних наук, т.171, N4, 2001, з. 437-444.

11. Ліпкін А.І.Квантова механіка як розділ теоретичної фізики. Формулювання системи вихідних понять та постулатів // Актуальні питання сучасного природознавства. 2005, вип.3, с. 31-43.

12. Ліпкін А.І.Об'єктна теоретико-операційна модель структури наукового знання // Філософія науки (під ред. А.І. Ліпкіна). М: ЕКСМО, 2007.

13. Ліпкін А.І.Філософські проблеми квантової механіки // Філософія науки (за ред. А.І. Липкіна). М: ЕКСМО, 2007.

14. Мах Е.. Популярно-наукові нариси. СПб.: Освіта, 1909.

15. Менський М.Б. Квантова механіка: нові експерименти, нові програми та нові формулювання старих питань // Успіхи фізичних наук, 2000, т.170, вип. 6, с. 631-648.

16. Менський М.Б.Квантова механіка, свідомість і міст між двома культурами // Питання філософії, 2004 № 6, 64-74.

17. Менський М.Б.Концепція свідомості у тих квантової механіки // Успіхи фізичних наук. 2005. Т. 175. № 4. С. 413-435.

18. Нейман фон І. Математичні засади квантової механіки. М: Наука, 1964.

19. ПенроузР. Тіні розуму у пошуках науки про свідомість. Москва; Іжевськ: Ін-т комп'ютер. дослідж., 2005.

20. Поппер К. Квантова теорія та розкол у фізиці. З "Постскриптуму" до "Логіки наукового відкриття" (пер. З англ., Ком., І післясл. А.А.Печенкіна) М.: Логос, 1998.

21. Садбері А. Квантова механіка та фізика елементарних частинок(М.: Світ, 1989).

22. Фок В.А.Критика поглядів Бору на квантову механіку // Успіхи фізичних наук, 1951, XLV. 1, с. 3–14.

23. Шифф Л . Квантова механіка (М.: ІЛ, 1959).

24. Ейнштейн А. Збори наукових праць. 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 без 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.

Це формулювання ґрунтується на більш загальному "об'єктному теоретико-операційному" погляді на фізику, що є результатом аналізу двох фундаментальних наукових революцій – XVII ст. та межі XIX–XX ст. (На відрізку від створення максвеллівської електродинаміки до формулювання "нової" квантової механіки) . У результаті останньої фізика розбивається окремі розділи, кожен із яких має чіткі підстави (як системи принципів-постулатів), куди входить визначення основних (" первинних") ідеальних об'єктів (ПІБ) даного розділу фізики (типу механічної частки в класичній механіці та електромагнітного поля в електродинаміці), з яких будуються "вторинні" ідеальні об'єкти (ВІО) - моделі різних явищ (подібно до того, як у геометрії з точок і прямих будуються різні фігури). При цьому формування ПІО та підстав розділу фізики йде не за емпірично-реалістичною схемою Фр. Бекона (від емпіричних фактів до емпіричних узагальнень (закономірностей), а потім до загальних теоретичних законів), яка була розкритикована ще у XVIII ст. Д.Юмом та І.Кантом, а в XX ст. - К. Поппером (з яким був солідарний А. Ейнштейн), а за раціоналістично-конструктивістською схемою Г.Галілея: від теоретичного визначення поняття до його матеріалізації за допомогою обговорюваних нижче операцій приготування та вимірювання (вакуум у Галілея - це те, де тіло падає рівномірно прискорено, інерційна система відліку у Ньютона – це те, де виконуються закони Ньютона, і т. д. і далі дається спосіб реалізації в емпіричному матеріалі). Тобто ПІО первинні, які емпірична матеріалізація – наближення. Для ВІО – навпаки: вони є наближеною моделлю для описуваного ними природного явища. У центрі цієї, що сформувалася на початку XX ст. Форми подання фізичного знання, що міститься в курсах теоретичної фізики ( та ін), виявляється фізичний об'єкт (система) та його стану, а не закони, які виступають як одна із сторін об'єкта (ПІО).

Значення цих величин в окремому акті вимірювання зіставити зі станом системи не можна ні до, ні після цього акта вимірювання (якщо воно не приготовлене в особливому “власному” стані).

Вона представлена ​​у світі сьогодні такими видними вченими, як Є. Вігнер та Р. Пенроуз, а в нашій країні М.Б. Менським та ін.

Ця робота продовжує критичний аналіз подібних тверджень, розпочатий у .

Зробив я один вимір і потрапив до однієї "проекції", зробив інший - до іншої. А як бути, якщо я не сам на Землі цим займаюся? Відповідь на це питання виглядає так: "У будь-якому евереттівському світі всі спостерігачі бачать одне й те саме, їх спостереження узгоджені один з одним". Тобто виявляється, що свідомість одна на всіх(єпископ Берклі в аналогічному місці вводив Бога як універсального спостерігача), хоча раніше говорилося, що " індивідуальна свідомість суб'єктивноздійснює вибір (селекцію)". На якій же підставі робиться таке сильне твердження? На підставі того, що інакше все розвалиться (не буде "лінійності квантової еволюції") і автор не бачить іншого шляху, як закликати всемогутню свідомість. Тобто один із центральних для "багатосвітової інтерпретації" питання (його ахіллесова п'ята) - подолання "шизометрії" за наявності багатьох спостерігачів - не вирішується.

З чим приємніше жити: з простою свідомістю імовірнісної поведінки квантових об'єктів і операційним характером вимірювання (про що йдеться нижче) або зі свідомістю "шизометрії" існувань, що нескінченно розщеплюються, для "пояснення" цієї імовірнісної поведінки квантових об'єктів, напевно, - справа смаку, але ніякої логічної Стройність остання ні до чого не додає, що підтверджує її виклад у , що кишить численними "є підстави думати", "якщо прийняти цю гіпотезу", "досить правдоподібної представляється", "якщо ототожнити", і т.п., які приховують безліч довільних ad hoc гіпотез. Принципова неперевірюваність ( "багатосвітова інтерпретація не може бути перевірена експериментально") даної конструкції говорить про її суто натурфілософський характер. Немає і зв'язку багатосвітової інтерпретації з "квантовою криптографією" та "квантовим комп'ютером", які використовують властивості (ідеї) не багатосвітової інтерпретації, а "переплутаних" станів, введених у знаменитому уявному експерименті Ейнштейна, Подільського, Розена, який у рамках "теорфізичного" підходу було розглянуто у .

Це нагадує сценічний прийом "Бога з машини" у п'єсах XVII-XVIII ст. (Для того, щоб отримати благополучний кінець у п'єсі, наприкінці дії на сценічній машині спускається античний бог і все розставляє на потрібні місця).

Подібне членування можна знайти і у Гейзенберга, а також у Г. Маргенау, але там воно трактується інакше.

Поряд з такою "квантовою теорією вимірювання" існує теорія вимірювань, яка, як і в класичній фізиці, займається питаннями відмінності ідеального виміру, що фігурує у фізичній теорії (і схемі (1)) від реального, виконаного в даній матеріальній реалізації на основі наявних матеріалів та приладів.

До цього слід додати, що так звана "проблема квантових вимірювань" часто розглядається як суміш двох явищ: 1) взаємодії квантової частки (системи) з квазікласичною системою або з квантовою статистичною системою, яка описується матрицею щільності, а не хвильовою функцією, та 2) власне "редукції хвильової функції". Але перша не становить будь-яких принципових проблем.

Саме цей кордон, що має логічно необхідний статус, ховається за твердженням Бора, що «експериментальна установка і результати спостережень повинні описуватися однозначним чином мовою класичної фізики», «мають проводитися звичайною мовою, доповненою термінологією класичної фізики» . Але борівська форма їхнього виявлення неадекватна. Його обґрунтування необхідності "класичності" приладів спирається на твердження, що інакше не можна було б "розповісти, що ми зробили і що дізналися в результаті"». Але що таке «звичайна мова» та «класична фізика»? І мова та фізика розвиваються. Нові поняття виникають разом із новими розділами фізики. Так наприкінці ХІХ ст. «некласичним» та незрозумілим поняттям було електромагнітне поле. Мова дозволяє формулювати і нові "некласичні" поняття.

"Однак у будь-якому випадку, як далеко не продовжували б ми обчислення - до ртутного судини термометра, до його шкали, до сітківки або до клітин мозку, - в певний момент ми повинні будемо сказати: а це сприймається спостерігачем. Це означає, що ми завжди повинні ділити світ на дві частини - систему, що спостерігається, і спостерігача. У першій ми можемо, по крайнього заходу важливо, як завгодно докладно досліджувати все фізичні процеси; в останній це безглуздо. Становище межі між ними високою мірою довільно… Однакця обставина нічого не змінює в тому, що за кожного способу описи ця межа має бути десь проведенаякщо тільки все не проходить марно, тобто якщо порівняння з досвідом має бути можливим" (курсив мій. – О.Л.) .

Тому немає в квантовій механіці "дивного дуалізму", що полягає у "припущенні наявності двох типів змін вектора станів", про який говорив Вігнер.

Результат дає помітну ймовірність тільки у випадку, якщо напрямок руху частинки майже паралельно лінії, що з'єднує атоми, так і напрямку кінцевого імпульсу розсіяної частинки. Тобто. взаємодія частинки високої енергії, що рухається, з іншою часткою (яка може використовуватися як «пробне тіло» в непрямому вимірі) у разі малої передачі енергії слабо змінює стан цієї частинки. Природним розвитком розгляду кількох послідовних вимірів є аналізовані в "безперервні виміри" типу сліду в камері Вільсона.

Включаючи сучасні реальні експериментальні реалізації уявного експерименту Ейнштейна, Подільського, Розена (ЕПР) та "телепортації" станів фотона (див. ).

Те саме можна сказати і про застосування в "квантовій теорії вимірів" концепції декогеренції, Справжньою сферою застосування якої є завдання по взаємодії квантової системи з термостатом і систем складаються з великої кількості атомів (мезосистем).



 

Можливо, буде корисно почитати: