Про Коллапс Волновой Функции. Без кавычек.
Есть одна очень интересная для психологов и для "человека вообще" темка в современной физике. Впрочем, не настолько уж современной. В конце концов, с 1905 года прошло уже больше ста лет.
Почему про "это" не рассказывают психологам в рамках психологического образования, я не знаю. Впрочем, догадаться можно - рассказать об этом доступно, в разложенном по полочкам виде, - трудно, а провести прямые аналогии с психологическим контекстом и без спекуляций, - так это, на мой взгляд, пока вообще никому не удалось. А аналогии напрашиваются. Прямо-таки лезут наружу. И волнуют умы. Умы психологов (или "парапсихологов", или просто "изобретателей вечного двигателя"), не желающих возиться с математикой и разбираться в "мелочах", смутить, вообще-то, нетрудно. Соблазн построить свой собственный гештальт, вместо принятого у физиков, "додумав недопонятое", и тем самым свести ценность знания в этой области к нулю, велик. Но я попробую. Читать будет не то чтобы сложно... но очень немало по объему. И нужна некоторая концентрация.
Я о квантовой механике и о влиянии наблюдателя на результаты наблюдений.
Большинство из нас привыкло считать физику точной и однозначной наукой. С точностью это так. А вот с "однозначностью" в современной физике гораздо сложнее. Это конечно, не психология с ее обилием разнообразных взглядов и полным плюрализмом, но место для разных точек зрения, все равно, есть. Разные точки зрения здесь также называются "интерпретациями". Для квантовой механики основным майнстримом, принятым большинством физиков, является Копенгагенская интерпретация. В ее рамках я и постараюсь удержаться, если не ошибусь. А если ошибусь, буду рад поправиться.
И, перед началом: я понимаю ряд ограничений, и упрощений, на которые придется пойти, чтобы донести смысл проблемы, не написав ни одной формулы, и ограничившись метафорами. Эти упрощения существенны для физики. Но на мой взгляд, они нет так существенны в контексте этого материала. Покончим со вступлениями!
Квантовая механика описывает поведение элементарных частиц. Любых частиц: фотонов, электронов, нейтронов, и т.д. - законы микромира.
Основная "проблема" на таких масштабах задается соотношением неопределенности Гейзенберга. Оно простое. Смысл его в том, что невозможно в один и тот же момент времени точно измерить и координату частицы, и ее скорость. Чем точнее удается измерить координату, тем больше будет неопределенность в скорости частицы. Чем точнее сможем померить скорость частицы (импульс, вообще-то, но не будем излишне усложнять), тем менее понятно будет, а где эта частица находится. Крайний случай - измерим скорость "абсолютно точно" - получим абсолютную неопределенность в положении частицы. Она окажется "размазана" по всему пространству. Вы вдумайтесь - ПО ВСЕМУ ПРОСТРАНСТВУ!
Все это означает, что у движущихся элементарных частиц нет траекторий. Если мы бросим мячик вверх под углом, он полетит по кривой, примерно похожей на параболу. И упадет на землю в точке пересечения его траектории с землей. Если мы отпустим надутый и незавязанный воздушный шарик, он полетит по более сложной траектории - в зависимости от его формы, давления внутри него, и т.д. Траектория у этих движущихся предметов есть - в любой момент времени мы можем указать точку в пространстве, в которой этот предмет находится.
А если мы "выпускаем" электрон с некоторой скоростью, направленной в сторону ближайшей стены (мало ли, как мы это сможем сделать ;-)), то ударившийся о стену ранее выпущенный электрон траектории движения не имел. Т.е. точка испускания известна точно. Точка удара о стену - тоже точно. А НИ ПРО ОДНУ ПРОМЕЖУТОЧНУЮ ТОЧКУ МЫ НИЧЕГО СКАЗАТЬ НЕ МОЖЕМ. Ну, неизвестно, как он летел и в какой момент где находился (как только узнаем точно про какую точку - возникшая неопределенность в скорости сделает свое дело и в следующий момент времени частицу уже не найти). А может и вообще никак не летел. Вылетел, увидел, что никто не подглядывает, потусовался чуток где-нибудь, и потом появился в точке назначения. ;)
Здесь важно отметить, что возникающая неопределенность - это не следствие недостатков измерительных приборов. Это - фундаментальное свойство того мира, в котором мы живем. Такая странность в поведении микрочастиц уже много лет не дает исследователям покоя и периодически ставились эксперименты с целью "обмануть частицу" и померить и коррдинату и скорость одновременно. Периодически, даже, казалось, что это удалось. Но дальнейшие "разборки" ставили все на свои места. Природу обмануть никому не удалось. И траектории у элементарных частиц нет. Что делает частица между актами наблюдения - это фундаментальная тайна.
Но это еще не все. Это - только начало. :) Теперь - пару слов об "эксперименте с двумя щелями". Этот эксперимент описан в любом учебнике, как наиболее точно описывающий основную канву квантовой механики. Более того, таких экспериментов было поставлено великое множество - с разными частицами и условиями и одинаковыми результатами. Иногда его называют "экспериментом Юнга". Но чаще - "классическим экспериментом с двумя щелями". Картинок туча нарисована. Но что-то я подходящих не найду. Сейчас нарисую.
Слева находится источник фотонов, который испускает одинаковые (в некотором смысле) фотоны чуть расходящимся пучком. На пути распространения пучка находится непрозрачная пластина с двумя отверстиями. В результате явления дифракции (огибания фотонами краев отверстий) каждое из отверстий становится "вторичным источником фотонов", распространяя далее направо отдельные расходящиеся пучки из тех фотонов, которые пролетели через щель и не были задержаны пластиной.
Два пучка фотонов от отверстий накладываются друг на друга и падают на специальный регистрирующий экран. За экраном находится наблюдатель, который скрупулезно записывает место на экране, куда упал каждый из долетевших до экрана фотонов. Экран у нас одномерный, поэтому место падения на нем задается одной кординатой - вертикальным положением точки падения фотона (помня про соотношение неопределенностей, говоря о точке, будем иметь в виду "очень маленькую область на экране"). Наблюдатель, старательно записав координаты точек падения всех фотонов, строит график - кривую распределения частоты фотонов в зависимости от координаты на экране. Иными словами отмечает графически - сколько фотонов попало в каждую точку экрана.
Начнем эксперимент, закрыв нижнее отверстие в пластине.
В результате пучек фотонов будет проходить только через одно отверстие - верхнее. И формировать на экране пятно напротив открытого отверстия, где распределение точек падения фотонов будет напоминать нормальное распределение (ну такая колоколообразная кривая ;) - график уже приведен на рисунке). Напротив середины отверстия - максимум долетевших фотонов. Далее в обе стороны - быстрое уменьшение их количества.
Будем наблюдать почти то же самое, если закроем верхнее отверстие.
Такое же распределение количества упавших фотонов, только сдвинутое вниз. Пока ничего неожиданного.
А что будет, если открыть оба отвертия сразу? Ну, понятно, ожидается что-то типа "суммы двух распределений". Т.е. до экрана должны долетать фотоны, пролетевшие через верхнее отверстие плюс фотоны, долетевшие через нижнее. Ждем что-то вроде:
Ожидаемая сумма двух распределений показана на рисунке жирной кривой. НУ, ЭТО НЕПРАВИЛЬНО! Так не будет, мы же забыли про интерференцию - взаимное усиление и ослабление волн в пространстве! Вместо ожидаемой тривиальной картинки (если бы получалась она, в этом эксперименте вообще никакого особого смысла не было ;)) у нас получится что-то похожее на:
Два наших пучка фотонов, сформированных на выходе из двух открытых отверстий, начали интерферировать, нарисовав такую забавную картинку! Если бы регистрирующий фотоны экран был плоским, а не одномерным как у нас (и, для наглядности, фотоны, прилетев на него, заставляли точку падения светиться некоторое время), мы бы увидели чередование на нем светлых и темных полос. В середине экрана светлые полосы были бы ярче, ближе к краям, светлые полосы становились бы все темнее, и наконец, у краев экрана переставали бы различаться глазом. С нарисованным графиком мы видим то же самое, но "в разрезе".
Явление интерференции само по себе, безусловно, удивительно! Обратите внимание, на экране есть точки, в которые в случае одного открытого отверстия фотоны долетали, а после открытия двух отверстий долетать перестали. Как-то это странно выглядит... но в конце концов, интерференция электромагнитных волн (фотонов) - это программа по физике класса для 9-го. Кажется. Поудивлялись в свое время, и будет! ;) Давайте попробуем пойти дальше.
В продолжение эксперимента попробуем изменить источник фотонов. Отрегулируем его таким образом, чтобы фотоны излучались не пучком, а по одному. Пусть наш источник выпускает по одному фотону в секунду. Медленно, особенно с учетом того, что значительная часть фотонов будет "промахиваться" мимо отверстий и поглощаться пластиной, но зато результаты будут интересными. Представьте себе теперь, что оба отверстия в пластине открыты. Какую картину мы увидим на экране. Отдельный фотон, выпущенный источником, будет долетать до экрана и регистрироваться раньше, чем источник выпустит следующий. Т.е. интерферировать друг с другом последовательно выпущенные фотоны не могут. Стало быть, вместо интерференционной картины мы увидим простую сумму распределений, которую так и не увидели до сих пор? Так ли?
Не так. Интерференционная картина останется и в этом случае! Что это означает? Вспомним, про наличие точек на экране, в которые фотоны не долетали в случае двух открытых отверстий. Сейчас ведь, картина та же, только объяснить ее труднее: представьте себе, что один отдельный фотон может долетать до определенной точки на экране, если открыто только одно из отверстий (любое из двух), и не может, если открыты оба!
То есть фотон, неделимая частица, всегда регистрируемая только целиком, пролетая через одно из отверстий "знает", открыто ли второе отверстие? А если отверстий больше двух? Про сколько из них должен "знать" фотон?
Этот эксперимент ставит в тупик! Были предприняты попытки зарегистрировать, через какое отверстие пролетает фотон, долетающий до экрана. И фотоны всегда регистрировались на выходе только одного из отверстий. Представления о целостности и неделимости фотона не пострадали. А ВОТ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ КАРТИНА - ПРОПАЛА! Т.е. если мы знаем, через какое из отверстий пролетел фотон, он ведет себя как "обычная" частица, летящая от одного из отверстий к экрану. Если не знаем - "прикидывается двумя половинками", которые летят к экрану от разных отверстий и интерферируют между собой!
Вообще-то, рассуждения на тему "фотон знает" или "фотон прикидывается" выглядят достаточно странно. Может быть, мы что-то не понимаем? Мы пытаемся рассуждать о фотоне как о классическом объекте ("бильярдный шарик", который должен быстренько пролезть через одно из отверстий или "прилипнуть" к пластине). И даже наши недостаточно сформированные представления о его "корпускулярно-волновой природе" (помните со школы? ;)) не помогают.
Разобраться со странным поведением фотона может помочь понятие ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ. Вспомним, что у микрочастиц, движущихся между актами наблюдения, нет траектории. А что же вместо траектории? ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ! :)
Если говорить очень приблизительно, то ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ частицы - это функция, определенная в любой точке пространства, равная в каждый момент времени вероятности обнаружить частицу в этой точке.
А если сказать понятнее, то можно воспользоваться метафорой "облачко"! Помните "электронное облако" у атома? Это оно же! Только фотонное! :) Фотон, вылетевший из источника, можно представить в виде расплывающегося облачка, разные участки которого имеют разную плотность. В каких-то местах облачко плотнее, в каких-то очень редкое. Где-то (например, за пару миллионов световых лет от нашего источника фотонов) его плотность нулевая.
Плотность облачка в какой-то точке пространства - это вероятность обнаружить там наш фотон, если произвести акт наблюдения. Почувствуйте разницу - ЭТО НЕ ВЕРОЯТНОСТЬ ТОГО, ЧТО ФОТОН ТАМ НАХОДИТСЯ, ЭТО - ВЕРОЯТНОСТЬ ЕГО ТАМ НАЙТИ, ЕСЛИ НАЧАТЬ ИСКАТЬ! Нюанс достаточно тонкий, но весьма существенный! Если принять первую формулировку, нам надо будет признать наличие траектории у микрочастицы и констатировать нашу неспособность эту траекторию узнать. Вторая же формулировка позволяет описывать частицу при помощи волновой функции - "облачка", которое становится более реальным, чем сама частица в нашем "обычном" понимании (в физике есть и более существенные основания в пользу второй формулировки).
Кстати, когда в 1991-м году на курсе общей физики наш преподаватель Ионкин Валерий Петрович рассказывал про квантовую механику, он не отметил этого важного нюанса. Может, не счел важным, а может быть, и у самого в голове была иная модель. В результате квантовую механику (да и вообще физику) у нас было принято списывать. А жаль! Интересная вещь, если вчитаться! ;) Все-таки, правильно мы тогда с друзьями написали вирус "имени" нашего преподавателя.
По мере движения частицы облачко меняет плотность в разных точках пространства. Обратите внимание - облачко не движется (хотя это слово и будет употребляться), оно просто меняет плотность (смещая в сторону движения частицы и чуть расплывая области наибольшей плотности), как бы "отслеживая" перемещение летящей классической частицы (которой, как выясняется, между наблюдениями вовсе не существует).
Продолжим с фотоном, вылетевшим из источника и "превратившимся в облачко". По мере того, как частица подлетает к пластине, области наибольшей плотности облачка делятся на части. Одна из плотных областей - перемещается через одно из отверстий, другая - через второе, а третья (!!!) и вообще-то наиболее плотная часть фотонного облака - промахивается мимо отверстий и "оседает на пластине". Забудем на время про эту часть, хоть это и не совсем корректно, иначе придется отвлекаться!
Обратите внимание еще раз - облако состоит не из частей фотона! Оно реально само по себе и лишь его плотность отражает вероятность найти целый фотон в каждой точке облачка, если произвести акт наблюдения. Точка фотонного облачка с ненулевой плотностью - это ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ФОТОН!
Просочившиеся через оба отверстия сразу, потенциальные фотоны, составляющие облако, интерферируют между собой, и одновременно плотная часть облака смещается к регистрирующему экрану.
А что происходит с облачком, в момент, когда мы регистрируем частицу? Когда скурпулезный наблюдатель с обратной стороны экрана видит вспышку на экране и отмечает у себя на бумажке координату падения фотона, что происходит с облачком? Его плотность МГНОВЕННО схлопывается в одну точку - точку регистрации фотона (ну, в очень маленькую область). Т.е. в момент регистрации фотона плотность его облака становится равной нулю во всем пространстве, кроме точки, где частица зарегистрирована. А в этой точке плотность облачка становится равной единице. Частица обнаружена. Акт наблюдения произведен.
Перед падением фотона на экран, за мгновение до акта наблюдения, к экрану придвигается облачко, в котором плотные области почти полностью воспроизводят интерференционную картину из нашего последнего рисунка. Какая именно точка на экране будет "выбрана" фотоном для падения - заранее неизвестно. Точка выбирается случайно. И не нами. Известно лишь, что вероятность выбора определяется плотностью фотонного облачка в момент его "оседания на экране".
В начале 20-го века было сломано немало копий в дебатах на тему о природе возниконовения вероятностей в квантовой механике. Серьезные ученые (Альберт Эйнштейн в их числе) подвергали сомнению наличие вероятностей, объясняя их появления неполнотой картины этого процесса, которая была в физике на тот момент. "Бог не играет в кости". Как рассудило время, в этом вопросе Эйнштейн оказался неправ. Вероятности в квантовой механике - также фундаментальное свойство нашего мира. Впрочем, это не значит, что "Бог играет в кости". Просто, в квантовой механике у объектов появляется еще одна, невидимая на макроуровне, степень свободы. Которую мы можем учитывать только вероятностно. ;)
Процесс "схлопывания" облачка в момент регистрации частицы чрезвычайно интересен. Он называется КОЛЛАПСОМ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ частицы, и происходит МГНОВЕННО! Т.е. быстрее скорости света. Как бы далеко не отстояли друг от друга части облачка с ненулевой плотностью (хоть на разных концах Вселенной), они мгновенно схлопываются в точку регистрации частицы.
Может показаться, что здесь квантовая механика входит в противоречие с Теорией Относительности, постулирующей наличие максимальной скорости распространения взаимодействия - скорости света в вакууме. Но это не так. Коллапс волновой функции - это не распространение взаимодействия. С его помощью нельзя передавать информацию. Более того, большинство физиков не считают коллапс волновой функции физическим процессом (а лишь математической моделью) именно из-за его мгновенности.
КОЛЛАПС ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ - это переход от возможного к реальному. Реализация одной из возможных альтернатив развития событий, происходящая В МОМЕНТ НАБЛЮДЕНИЯ! То есть, реализация конкретного исхода наблюдения произодится именно в сам момент наблюдения (а не раньше, как может показаться из стереотипов классической "житейской физики").
О природе коллапса волновой функции пока ничего не известно. Существует некоторое количество гипотез о его механизмах, но, насколько мне известно, ни одна из них не проверена в должной степени экспериментом и не общепринята. И даже возможное и ожидаемое открытие в физике "Теории Всего" или "Теории Квантовой Гравитации" совсем не обязательно прольет свет на природу коллапса волновой функции.
Итак, современная квантовая предполагает, что на волновую функцию частицы могут влиять два процесса:
1. "Движение" частицы между актами наблюдения - перетекание плотности облачка. Этот процесс детерминирован (во что не сразу верится ;) - облако "развивается" во времени четко определенным способом - ни о каких вероятностях в этом процессе речи не идет) и полностью описывается уравнением Шредингера. Вид этого уравнения здесь не так существенен. Кто с ним работает, тому оно известно, а все желающие могут его найти практически в любом более-менее серьезном учебнике физики и получить кайф от копошения в уравнениях с частными производными и сложными операторами, рассчитывая развитие волновой функции для одного единственного фотона. ;)
2. Акт наблюдения - коллапс волновой функции. Вероятности появляются именно здесь. И обратите внимание на существенный аспект - вероятностый характер коллапса волновой функции - это его природа. Не статистический характер (как было бы, если вероятности возникали из-за сложноучитываемого воздействия многих факторов), а именно вероятностный - исход коллапса волновой функции даже одной частицы не определен заранее, а реализуется в момент коллапса.
Помните, мы на время "оставили в покое" существенную часть фотонного облака, не прошедшую ни через одно из отверстий, а "осевшую на пластине". Что это значит? Эта часть облака (а значит, и все облако - волновая функция фотона) начало взаимодействовать с пластиной (на самом деле это означает что волновые функции фотона и пластины объединились в единую и более сложную волновую функцию). Начал происходить "потенциальный процесс" поглощения пластиной промазавшего мимо отверстия "потенциального фотона". Слово "потенциальный" в данном случае означает, что акта наблюдения еще не было. И попал ли фотон на экран, или промазал мимо отверстий и был поглощен пластиной, также будет определено только в момент наблюдения!
Т.е. наблюдатель либо увидит фотон в одной из точек на экране (и значит, в момент наблюдения волновая функция фотона коллапсировала именно в эту точку), либо не увидит его. ;) Последнее будет означать, что фотон "промахнулся" мимо отверстий в пластине. И был поглощен пластиной. В какой точке? Неизвестно! На пластине, в отличие от экрана, нет датчиков.
Вы понимаете, к чему я клоню? Пролетел ли фотон через отверстия или промахнулся мимо них определится только после того, как наблюдатель произведет акт наблюдения. А до тех пор ФОТОН И ПРОЛЕТЕЛ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ (ПРИЧЕМ ОБА СРАЗУ), И ПРОМАХНУЛСЯ МИМО НИХ. Одновременно. Еще раз: КОНКРЕТНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ ЭКСПЕРИМЕНТА РЕАЛИЗУЕТСЯ ТОЛЬКО В МОМЕНТ НАБЛЮДЕНИЯ, а до этого момента, все возможные исходы эксперимента просто сосуществуют.
Кстати, Вы еще на задались вопросом: "что такого особенного в регистрирующем частицу экране, что заставляет коллапсировать волновую функцию фотона". Экран же, каким бы он не был, состоит из тех же микрочастиц, подчиняющихся квантовым законам! Почему на экране фотон коллапсирует, а упав на пластину - нет? Ответ прост: а ничего особенного в экране нет. Волновая функция фотона коллапсирует, конечно, на экране! Но... не в момент попадания плотной части облачка на экран (такого в точности момента и не существует - облачко, все же, обладает протяженностью), а в момент, когда это замечает наблюдатель. Сознание!
ВО ВСЕМ ВИНОВАТ НАБЛЮДАТЕЛЬ! Впрочем, такое утверждение может быть и преждевременным. ;)
И и это еще не все! ;) Хотя развязка близка. Здесь подходы к психологическим аспектам только намечены. Их еще предстоит развить.
***
На самом деле, мы еще не закончили с этим экспериментом.
Если две микрочастицы (квантовых объекта) между актами наблюдения провзаимодействовали друг с другом, то облачка, описывающие их волновые функции, "сцепляются" и становятся связанными (на самом деле все чуть сложнее). Как в нашем случае облачко фотона из-за наличия в нем части "промазавшей мимо отверстий" сцепилось с облачком пластины, так могут сцепляться и волновые функции более сложных объектов, сложно взаимодействующих между собой. Сцепление волновых функций объединяет несколько объектов в одну квантовую систему. И акт наблюдения, произведенный по отношению к этой системе, потенциально способен повлиять на выбор того или иного исхода "как бы уже произошедшего" взаимодействия частей этой квантовой системы.
Если в нашем эксперименте наблюдатель так и не увидел на экране выпущенный из источника фотон, это значит фотон был поглощен пластиной. А в какой именно точке пластины - пока неизвестно! Т.е. волновая такого функция фотона в момент наблюдения коллапсировала лишь частично, исключив из списка возможных исходов эксперимента все исходы, связанные с пролетом фотона через отверстия. И оставив полную неопределенность относительно точки поглощения фотона пластиной. Акт наблюдения уменьшил количество степеней свободы квантовой системы, а облачко фотона схлопнулось лишь частично - оставив "осевшую на пластине" часть облачка (почти) без изменений.
Чтобы заставить сколлапсировать оставшуюся часть облака фотона, наблюдателю необходимо выйти из-за экрана, и воспользовавшись каким-либо сверх-чувствительным датчиком (в данном, случае, видимо, фантастически-чувствительным) обследовать поверхность пластины и определить на ней точку поглощения фотона. В момент такого наблюдения волновая функция фотона сколлапсирует полностью - в точку поглощения (в одну из случайно выбранных точек на поверхности пластины).
Вот такие странности. А еще есть "История про Кошку". :)
В 1935 году Эрвин Шредингер "провел" "мысленный эксперимент", который до сих пор воспринимается с неоднозначным оживлением - эксперимент принято называть "Кошка Шредингера". Мне больше нравится модификация "опыта с Кошкой", приведенная Роджером Пенроузом в книге "New Emperor's Mind". Его сейчас и нарисую.
Эксперимент проводится в замкнутой квантовой системе (большой ящик на рисунке). В ящик помещается управляемый извне источник фотонов (в верхнем левом углу ящика), закупоренная колба с сильным и летучим ядом, полупрозрачное зеркало (обозначено синим цветом в верхнем правом углу ящика) и Кошка. :)
Источник фотонов по сигналу снаружи (слева от ящика изображен рубильник) испускает один фотон. Выпущенный фотон летит вдоль ящика к полупрозрачному зеркалу. Где он с вероятностью 50% отражается зеркалом (и тогда летит вниз - к колбе с ядом), а с вероятностью 50% проходит сковь зеркало (оно же ПОЛУпрозрачное) и поглощается стенкой ящика.
Фотон, долетевший до колбы с ядом, улавливается установленным на колбе датчиком, который приводит в действие механизм, разбивающий колбу. Если колба разбита, кошка умирает.
Теперь представьте себе, что мы, находясь снаружи ящика, включили рубильник и заставили источник внутри ящика выпустить фотон. Что стало с кошкой? Ну, в нашей обычной житейской логике все просто - с вероятностью 50% колба разбита и кошка умерла, с вероятностью 50% зеркало пропустило фотон, он поглотился стенкой ящика, и кошка все еще жива. Откроем, посмотрим? ;)
Я бы подождал! И не потому, что в ящике может находится летучий яд. Просто, в рамках кватновой логики, волновая функция кошки (вообще-то, всей квантовой системы) еще не сколлапсировала. Нет наблюдателя, который может это пронаблюдать - нет и коллапса волновой функции. Если опираться на математический аппарат квантовой теории (то же самое уравнение Шредингера), то до тех пор, пока мы не заглянули в ящик - кошка И ЖИВА, И МЕРТВА ОДНОВРЕМЕННО! А конкретный исход реализуется в тот момент, когда мы проведем акт наблюдения! На мой взгляд, не хило!
Эксперимент был "проведен" мысленно не из-за протестов общества защиты животных, а потому, что его невозможно провести в реальности. Единственная система, которая может быть условно названа "замкнутой квантовой системой" - это вся наша Вселенная. Мы просто не в состоянии достаточно надежно изолировать ящик так, чтобы ни одно взаимодействие (по сути, ни одно облачко) не могло просочиться через его стенки.
Сам Шредингер относился к результатам этого эксперимента с известной долей скептицизма, но мы, строго говоря, рассматриваем скорее философские, чем физические аспекты этого опыта, поэтому совсем не обязаны следовать за автором эксперимента. В конце концов, тело кошки состоит из тех же микрочастиц, у которых есть свои волновые функции, которые при взаимодействии друг с другом сцепляются, образуя единую волновую функцию квантовой системы. Ее-то и сколлапсирует наблюдатель, открыв ящик.
Давайте еще раз: такая интерпретация квантовой механики (опыта с кошкой, в частности) не является разделяемой всеми физиками, но на мой взгляд, даже сама возможность наблюдателя повлиять на исход физического эксперимента - это уже много! И об этом стоит знать!
Наблюдатель, по-видимому, не может "выбрать" конкретный исход наблюдения (по крайней мере, пока об этой возможности ничего не известно, хотя полностью она и не исключается), но именно он заставляет наблюдаемую систему переходить от возможного к реальному. Осталось правильно выбрать момент наблюдения и правильное для "наилучшего" исхода место, Вы понимаете?! ;)
Смешной пример. Давайте разовьем опыт с кошкой так: происходящее в ящике снимается на видеокамеру. А вместо заглядывания в ящик, система просто выплюнет кассету с записью через час после испускания фотона. Как Вы полагаете, в какой момент решится участь кошки? Правильно, в тот момент, когда мы просмотрим кассету! Чувствуете, как зыбко. Все меньше и меньше физики, все сильнее влияние домыслов. Давайте, не пойдем дальше. :)
Если Вы, друг-читатель, вдруг, дочитали до этого места, и узнали что-то новое, пожалуйста, дайте мне знать - будет очень приятно. Я отдаю себе отчет в сложности текста для человека с гуманитарным образованием, и текст писал, скорее, для себя - захотелось структурировать и разложить по полочкам "свои фотоны". А если, вдруг, стало интересно и Вам, то... это просто отлично! Этот абзац намеренно запрятан внутри текста, чтобы привлечь внимание только дочитавших.
Здесь еще остается много проблем, связанных с наличием нескольких наблюдателей. Как бы, например, развивался процесс с "частичным умертвением" кошки, если бы в ящик с ней был заперт еще один наблюдатель (защищенный от яда респиратором ;))? Наверное, точки зрения внешнего и внутреннего наблюдателей на процесс разойдутся. А вот как все будет "на самом деле" - остается только догадываться.
Еще, обратите внимание, только ли акт наблюдения может вызвать коллапс волновой функции системы - пока неизвестно. Возможно, что-то, кроме сознания, и способно частично коллапсировать состояние реальных систем. Гипотезы в этом направлении есть. Например, может быть, волновая функция системы частично коллапсирует сама, как только в процесс взаимодействия оказывается вовлеченной какая-либо критическая масса вещества. А может быть, коллапс происходит по другим причинам.
Но возможно, что коллапсировать волновую функцию - это свойство исключительно сознания. Физикам очень не хотелось бы, чтобы это было так. В некотором смысле такое положение дел могло бы означать "конец науки как объективного способа исследования реальности". Хотя, может быть, это и не так (и наука останется), но страхи-то куда девать?! ;)
Еще один интересный вопрос, напрямую связанный с предыдущим, на который у современной физики также нет ответа - а где проходит граница между микромиром, живущим по квантовым законам, и макромиром, наблюдаемым нами? Может быть, она где-то и проходит. А может быть, ее нет. И наш видимый мир живет по тем же законам, что и электроны и фотоны. Если этой границы нет (может не быть), то почему мы не видим квантовой природы нашего мира? Может быть, именно потому, что не способны наблюдать, не разрушая квантовых состояний (не производя коллапса волновой функции)?
Хочется еще узнать про сознание, правда? Как Вам такая тема: "Вынесение суждений и коллапс волновой функции"? Или "Когнитивный диссонанс как трудноразрушаемая волновая функция"? Или "Ситуация соперничества как состязание наблюдателей"? Впрочем, я воздержусь от их развития. Я же хочу "прогуляться по грани", а не зайти за нее. ;)
Мысль здесь такова: если бытовые рассуждения с точки зрения Ньютоновской мехники (когда "все состоит из шариков") не оставляют никакой возможности для развития таких тем (сплошной материализм в самом дурном его понимании), то рассуждения на основе квантовой механики - оставляют такую возможность (появляется потенциальное место для сознания). Это не означает, что все приведенные примеры тем поставлены корректно. Это означает, что прямых противопоказаний нет. А это уже немало!
***
И напоследок, еще пара слов об аналогиях. Влияние наблюдателя на процесс наблюдения в психологии удивления ни у кого не вызывает. А вот аналогии с физическими основаниями квантовой механики, и желание притянуть их за уши во что бы то ни стало, уже достали, честное слово! Сколько всего "придумано" на этом поле - страшно перечислять. Вы слышали что-нибудь про "квантовую психологию"? Нет? ;) Вобщем, это неудивительно. В данный момент - это вотчина маргиналов. Квантовые исследователи "интерференцию в сознании" уже нашли. Я сам читал. ;) Вот только забыли, что интреференция как физический процесс, происходит в пространстве. Какое пространство они обнаружили в сознании, и как определить координаты (хотя бы первоначальные) интерферирующих элементов, они, к сожалению, не написали. А я стесняюсь спросить. Языковой барьер. ;)
Вообще, на мой взгляд, основная проблема всех существующих физико-психологических аналогий - это их "локальность" - ограниченность знаниями автора аналогии. ;) "Придумал", например, человек аналог соотношения неопределенностей Гейзенберга, а ни про координаты, ни про импульс, но про то, к чему они относятся, ни про их размерности, ни про их соотношения в физике ничего не знает. Да и не интересно ему это. :( Впрочем, такие мелочи не могут смутить человека, отчитывающегося о проделанной годовой работе на факультете психологии МГУ. Увы!
У Вас возникают аналогии? Бегом в библиотеку! ;)
Для начала, я бы посоветовал почитать книгу Роджера Пенроуза "Новый ум короля". Бестселлер, между прочим. Написанный известным физиком (который, правда, совершенно напрасно углубился в психофизиологию и понаписал мутотени в соответствующих главах книги - не читайте про психофизиологию). В этом и остальном - успехов Вам! ;)