Квантовый ликбез - 2. Первый постулат.
Начало здесь:
Квантовый ликбез - 1. Нулевой постулат.
Продолжаем.
Постулат 1.
В квантовой реальности одновременно существует бесконечное количество вариантов будущего. В классической реальности реализуется один и только один из этих вариантов.
Для разъяснения постулата воспользуемся опять методом аналогий. Рассмотрим простейшую карточную игру: игрок наугад вытягивает одну карту из колоды. Для определённости условимся, что это стандартная колода для "дурака" - 36 карт. Эту игру (не «дурака», в смысле, а вытягивание карты из колоды) можно чётко разделить на два этапа: первый - до вытягивания карты, второй - после. Так вот, на первом этапе, пока игрок не вытянул карту, одновременно существуют 36 вариантов будущего. На втором этапе реализуется один и только один вариант, допустим, выпадает дама пик. В нашем примере первый этап - это аналог квантовой реальности. Второй этап - это аналог классической реальности. Но все аналогии, как известно, хромают, и наша - не исключение. Сейчас мы попробуем эту "хромоту" вылечить.
Во-первых, в колоде всего 36 "вариантов будущего", а мы постулировали, что в квантовой реальности бесконечное количество вариантов. Это не проблема, мы можем представить себе колоду с любым, в том числе и бесконечным количеством карт. Конечно, в классическую реальность такая бесконечная колода попросту «не влезет», но вообразить её нам ничто не мешает. Вот и вообразим, что в квантовой реальности количество вариантов бесконечно.
Во-вторых, в такой карточной игре каждый вариант представлен осязаемым физическим носителем: одной из карт в колоде. Мы так и можем говорить: на первом этапе игры объективно существуют варианты: игрок вытянет семёрку бубен, даму пик, туза червей и так далее. Они действительно существуют, потому что в колоде есть такие карты, каждую из которых мы можем увидеть, пощупать, взвесить, измерить и даже сфотографировать для отчёта. В квантовой реальности "колода" вариантов тоже существует. А в классической реальности существует возможность "вытянуть" из этой квантовой "колоды" единственный вариант. Но "пощупать" варианты в квантовой реальности, как мы "щупали" карты на первом этапе игры, нет никакой возможности. Именно про это был нулевой постулат: объекты квантовой реальности наблюдать невозможно.
Теперь мы можем переосмыслить постулат 1 так: варианты будущего - это физические объекты квантовой реальности. Выделено, потому что это ключевой момент для дальнейшего проникновения в тему. Понимаю, представить себе, что такая абстракция, как вариант будущего, может быть конкретным физическим объектом - это непривычно, а поэтому трудно. Но вернёмся к нашей карточной аналогии (мы вернёмся к ней ещё не раз): в ней знак равенства между вариантами и объектами - картами в колоде - ставится легко и непринуждённо, потому что, повторяю, здесь у каждого варианта имеется конкретный физический носитель. Так считайте, что в квантовой реальности такая же картина: там существуют физические объекты - носители вариантов будущего. Только из нашей классической реальности наблюдать эти объекты невозможно, согласно нулевому постулату. Зато можно наблюдать следствия существования этих объектов - носителей вариантов, и по результатам этих наблюдений "вычислять" их физические свойства.
Наверное, не все готовы принять идею о том, что вариант будущего является реальным (пусть только в квантовой реальности) физическим объектом. Хорошо, для тех, кто не готов, я могу предложить немного другую картину. Если вы вообще читаете этот текст, то вы, конечно, уже интересовались квантовой физикой. И наверняка слышали о виртуальных частицах. Например, физики любят утверждать, что вакуум просто кишит виртуальными частицами. С точки зрения современной науки, они как раз и являются физическими объектами, обитающими только в квантовой реальности. Наблюдать их невозможно, можно только догадываться об их наличии по некоторым наблюдаемым эффектам. Так вот, одну частицу, наблюдаемую в классической реальности (например, оставляющую след на фотопластинке), можно рассматривать как объект, представляющий собой совокупность бесконечного множества виртуальных частиц в квантовой реальности. Аналогично тому, как наша игральная колода является совокупностью некоторого количества игральных карт. Теперь примем версию, что каждая виртуальная частица несёт в себе один вариант будущего реальной частицы, и готово: проблема физических носителей для вариантов решена.
Ладно, существуют ли варианты как самодостаточные физические объекты квантовой реальности, или они привязаны к виртуальным частицам - не суть важно. Как бы то ни было, «виртуальный» - подходящее слово. Дальше квантовые варианты будущего я так и буду называть - виртуальные варианты.
Ещё я попрошу обратить внимание вот на какую вещь. В модельной карточной игре мы выделяли два этапа: до вытягивания карты, когда существует 36 «виртуальных» (тут кавычки обязательны) вариантов, и после - когда остаётся только один реализовавшийся вариант. Э, секундочку, «реализовавшийся вариант» - это очень длинно и неблагозвучно. Давайте называть его просто «результат». Так вот, и в опытах с квантовыми объектами, то есть, с объектами, проявляющими квантовые свойства, мы выделим два этапа: до измерения и после измерения. Будем считать, что до измерения такой объект существует как совокупность разных виртуальных (тут без кавычек) вариантов. Например, если мы намерены измерять координаты квантового объекта, то мы рассматриваем его как совокупность различных виртуальных положений в пространстве. Те, кому понравилась концепция виртуальных частиц - носителей вариантов, могут считать квантовый объект совокупностью виртуальных объектов, каждый из которых имеет своё собственное положение в пространстве. А после измерения классической реальностью становится один единственный вариант, он же результат: объект «обретает» единственное определённое (с точностью, которую может обеспечить измерительный прибор) и вовсе не виртуальное положение в пространстве. Это сильно упрощённая картина, но сейчас нам пока не до тонкостей. Важно выделить тот факт, что до измерения существует бесконечное множество вариантов будущего результата, а после измерения в настоящем один из этих вариантов превращается в результат и становится прошлым классической реальности. Все остальные виртуальные варианты, которые были до измерения, перестают существовать. Немного забегая вперёд, скажем: такой переход от множества вариантов к одному результату в момент измерения называют квантовым скачком, редукцией или ещё коллапсом волновой функции.
В популярных статьях по квантовой механике можно встретить примерно такую фразу: квантовый объект может находиться одновременно в нескольких состояниях. Например, говорят, что электрон может существовать во всех точках пространства одновременно. Более того, ходят слухи, что знаменитый кот Шрейдингера может быть одновременно и живым, и дохлым. С точки зрения "здравого смысла" такие утверждения выглядят абсурдно. Но теперь, если первый постулат смог уместиться в вашей голове, вам должно быть понятно, о чём идет речь. На самом деле существует только одно квантовое состояние объекта. Но это квантовое состояние представляет собой совокупность различных виртуальных вариантов будущего классического состояния.
Кстати, об электроне и коте Шрейдингера. Возможность существования электрона в квантовом состоянии - это, как говориться, «медицинский факт». Может ли существовать в квантовом состоянии кот - «науке это не известно». Достоверно установлено, что чем меньше масса объекта, тем заметнее его квантовые свойства. Однако, где проходит граница, после которой объект полностью теряет квантовые свойства и становится чисто классическим, и есть ли такая граница вообще - этот вопрос висит в воздухе и ждёт ответа. Так что, если кому нужна Нобелевская премия - у вас есть шанс J
Продолжение
Квантовый ликбез - 1. Нулевой постулат.
Продолжаем.
Постулат 1.
В квантовой реальности одновременно существует бесконечное количество вариантов будущего. В классической реальности реализуется один и только один из этих вариантов.
Для разъяснения постулата воспользуемся опять методом аналогий. Рассмотрим простейшую карточную игру: игрок наугад вытягивает одну карту из колоды. Для определённости условимся, что это стандартная колода для "дурака" - 36 карт. Эту игру (не «дурака», в смысле, а вытягивание карты из колоды) можно чётко разделить на два этапа: первый - до вытягивания карты, второй - после. Так вот, на первом этапе, пока игрок не вытянул карту, одновременно существуют 36 вариантов будущего. На втором этапе реализуется один и только один вариант, допустим, выпадает дама пик. В нашем примере первый этап - это аналог квантовой реальности. Второй этап - это аналог классической реальности. Но все аналогии, как известно, хромают, и наша - не исключение. Сейчас мы попробуем эту "хромоту" вылечить.
Во-первых, в колоде всего 36 "вариантов будущего", а мы постулировали, что в квантовой реальности бесконечное количество вариантов. Это не проблема, мы можем представить себе колоду с любым, в том числе и бесконечным количеством карт. Конечно, в классическую реальность такая бесконечная колода попросту «не влезет», но вообразить её нам ничто не мешает. Вот и вообразим, что в квантовой реальности количество вариантов бесконечно.
Во-вторых, в такой карточной игре каждый вариант представлен осязаемым физическим носителем: одной из карт в колоде. Мы так и можем говорить: на первом этапе игры объективно существуют варианты: игрок вытянет семёрку бубен, даму пик, туза червей и так далее. Они действительно существуют, потому что в колоде есть такие карты, каждую из которых мы можем увидеть, пощупать, взвесить, измерить и даже сфотографировать для отчёта. В квантовой реальности "колода" вариантов тоже существует. А в классической реальности существует возможность "вытянуть" из этой квантовой "колоды" единственный вариант. Но "пощупать" варианты в квантовой реальности, как мы "щупали" карты на первом этапе игры, нет никакой возможности. Именно про это был нулевой постулат: объекты квантовой реальности наблюдать невозможно.
Теперь мы можем переосмыслить постулат 1 так: варианты будущего - это физические объекты квантовой реальности. Выделено, потому что это ключевой момент для дальнейшего проникновения в тему. Понимаю, представить себе, что такая абстракция, как вариант будущего, может быть конкретным физическим объектом - это непривычно, а поэтому трудно. Но вернёмся к нашей карточной аналогии (мы вернёмся к ней ещё не раз): в ней знак равенства между вариантами и объектами - картами в колоде - ставится легко и непринуждённо, потому что, повторяю, здесь у каждого варианта имеется конкретный физический носитель. Так считайте, что в квантовой реальности такая же картина: там существуют физические объекты - носители вариантов будущего. Только из нашей классической реальности наблюдать эти объекты невозможно, согласно нулевому постулату. Зато можно наблюдать следствия существования этих объектов - носителей вариантов, и по результатам этих наблюдений "вычислять" их физические свойства.
Наверное, не все готовы принять идею о том, что вариант будущего является реальным (пусть только в квантовой реальности) физическим объектом. Хорошо, для тех, кто не готов, я могу предложить немного другую картину. Если вы вообще читаете этот текст, то вы, конечно, уже интересовались квантовой физикой. И наверняка слышали о виртуальных частицах. Например, физики любят утверждать, что вакуум просто кишит виртуальными частицами. С точки зрения современной науки, они как раз и являются физическими объектами, обитающими только в квантовой реальности. Наблюдать их невозможно, можно только догадываться об их наличии по некоторым наблюдаемым эффектам. Так вот, одну частицу, наблюдаемую в классической реальности (например, оставляющую след на фотопластинке), можно рассматривать как объект, представляющий собой совокупность бесконечного множества виртуальных частиц в квантовой реальности. Аналогично тому, как наша игральная колода является совокупностью некоторого количества игральных карт. Теперь примем версию, что каждая виртуальная частица несёт в себе один вариант будущего реальной частицы, и готово: проблема физических носителей для вариантов решена.
Ладно, существуют ли варианты как самодостаточные физические объекты квантовой реальности, или они привязаны к виртуальным частицам - не суть важно. Как бы то ни было, «виртуальный» - подходящее слово. Дальше квантовые варианты будущего я так и буду называть - виртуальные варианты.
Ещё я попрошу обратить внимание вот на какую вещь. В модельной карточной игре мы выделяли два этапа: до вытягивания карты, когда существует 36 «виртуальных» (тут кавычки обязательны) вариантов, и после - когда остаётся только один реализовавшийся вариант. Э, секундочку, «реализовавшийся вариант» - это очень длинно и неблагозвучно. Давайте называть его просто «результат». Так вот, и в опытах с квантовыми объектами, то есть, с объектами, проявляющими квантовые свойства, мы выделим два этапа: до измерения и после измерения. Будем считать, что до измерения такой объект существует как совокупность разных виртуальных (тут без кавычек) вариантов. Например, если мы намерены измерять координаты квантового объекта, то мы рассматриваем его как совокупность различных виртуальных положений в пространстве. Те, кому понравилась концепция виртуальных частиц - носителей вариантов, могут считать квантовый объект совокупностью виртуальных объектов, каждый из которых имеет своё собственное положение в пространстве. А после измерения классической реальностью становится один единственный вариант, он же результат: объект «обретает» единственное определённое (с точностью, которую может обеспечить измерительный прибор) и вовсе не виртуальное положение в пространстве. Это сильно упрощённая картина, но сейчас нам пока не до тонкостей. Важно выделить тот факт, что до измерения существует бесконечное множество вариантов будущего результата, а после измерения в настоящем один из этих вариантов превращается в результат и становится прошлым классической реальности. Все остальные виртуальные варианты, которые были до измерения, перестают существовать. Немного забегая вперёд, скажем: такой переход от множества вариантов к одному результату в момент измерения называют квантовым скачком, редукцией или ещё коллапсом волновой функции.
В популярных статьях по квантовой механике можно встретить примерно такую фразу: квантовый объект может находиться одновременно в нескольких состояниях. Например, говорят, что электрон может существовать во всех точках пространства одновременно. Более того, ходят слухи, что знаменитый кот Шрейдингера может быть одновременно и живым, и дохлым. С точки зрения "здравого смысла" такие утверждения выглядят абсурдно. Но теперь, если первый постулат смог уместиться в вашей голове, вам должно быть понятно, о чём идет речь. На самом деле существует только одно квантовое состояние объекта. Но это квантовое состояние представляет собой совокупность различных виртуальных вариантов будущего классического состояния.
Кстати, об электроне и коте Шрейдингера. Возможность существования электрона в квантовом состоянии - это, как говориться, «медицинский факт». Может ли существовать в квантовом состоянии кот - «науке это не известно». Достоверно установлено, что чем меньше масса объекта, тем заметнее его квантовые свойства. Однако, где проходит граница, после которой объект полностью теряет квантовые свойства и становится чисто классическим, и есть ли такая граница вообще - этот вопрос висит в воздухе и ждёт ответа. Так что, если кому нужна Нобелевская премия - у вас есть шанс J
Продолжение