Квантовый ликбез - 11. Измерение и редукция.
Предыдущие посты
Как уже неоднократно сообщалось, реализация виртуального варианта (она же - редукция) происходит в момент измерения. Это следует понимать буквально: редукция происходит в тот момент, когда наблюдатель получает информацию о квантовом объекте.
Взглянем ещё раз на простейший опыт с полупрозрачным зеркалом (рисунок 11.1).
Излучатель выпускает одиночный фотон. Если бы мы могли следить за тем, что происходит в квантовой реальности, мы бы видели следующий процесс. Непосредственно после "выстрела" (момент времени t0) на выходе излучателя образуется достаточно компактное "облако" высокой вероятности обнаружения фотона. Если представлять дело более упрощённо, то можно сказать, что на выходе излучателя появляется рой виртуальных фотонов.
Далее это облако-рой движется со скоростью света в направлении зеркала (момент t1), и в момент t2 достигает его. Здесь рой разделяется надвое: часть облака проходит полупрозрачное зеркало насквозь и летит прямо, в детектор D1. Другая часть отражается от зеркала и летит вниз, в детектор D2.
В момент времени t3 оба роя достигают своих детекторов. Вот тут-то и происходит измерение: один из детекторов срабатывает, сообщая экспериментатору (который наблюдает за процессом из классической реальности) информацию: "фотон здесь!". Таким образом, один из виртуальных вариантов "выныривает" из квантовой реальности в классическую и становится зафиксированным результатом эксперимента. Второй исход, который мог реализоваться, после редукции становится невозможным. Какой именно из вариантов реализуется - это до самого момента редукции совершенно не предопределено, предопределена лишь вероятность срабатывания того или другого детектора. Именно здесь, в момент редукции, и происходит разрыв детерминизма. Только здесь, и нигде больше!
Так что же, "пусковой кнопкой" для квантовой редукции является в данном опыте срабатывание детектора? Как бы не так! Немного поменяем условия эксперимента (рисунок 11.2).
Всё почти то же самое, только детектор D1 мы теперь оттащили на большое расстояние, скажем, на одну световую минуту. По-прежнему возможны два результата: сработает либо D1, либо D2. В тех попытках, где в момент t3 сработает D2, да, редукция привязана к моменту срабатывания детектора. Но если в момент t3 детектор D2 "не щёлкнул" - то экспериментатор сможет уверенно утверждать, что он в этой попытке уже и не "щелкнет", зато в момент t4 гарантированно сработает D1. Несрабатывание D2 в нужный момент - это тоже получение информации о будущем результате эксперимента. То есть, и в этом случае квантовая редукция происходит в момент t3, хотя ни один из детекторов пока ещё не сработал.
Остаётся непонятным, что же всё таки "запускает" редукцию: само событие срабатывания/несрабатывания детектора, или факт наблюдения этого события экспериментатором? Этот больше философский, чем физический вопрос называют "проблемой наблюдателя". Обрисуем суть этой проблемы на примере рассмотренного чуть выше эксперимента (рисунок 11.1).
Представьте себе, что опыт от начала (момент t0 - генерация фотона) и до окончания (момент t3 - срабатывание одного из детекторов) осуществляется автоматически, в наглухо закрытом "чёрном ящике". И лишь затем наблюдатель открывает ящик и получает информацию о том, какой из детекторов сработал. Так когда в таком случае происходит редукция? По-прежнему в момент t3 (объективный вариант), или позже, в момент, когда наблюдатель открыл ящик (субъективный вариант)? Должен вас разочаровать: "науке это не известно". Среди физиков есть сторонники как "объективного", так и "субъективного" вариантов, но решающих аргументов в пользу того или другого пока нет. Достоверно известно только то, что измерение - акт субъективного наблюдения - стопроцентно "гарантирует" редукцию. Именно так мы и будем считать: результат измерения получен - значит, редукция состоялась. А тем, кого "проблема наблюдателя" глубоко интересует, рекомендую вбить это словосочетание в поисковик и вдоволь насладиться философскими спекуляциями на тему. Хотя, от пары замечаний философского характера всё же не могу удержаться.
Первое. Если считать, что редукция происходит в момент заглядывания в ящик, тогда придётся признать, что не только сам фотон, но и вся экспериментальная установка в целом до измерения существует в совокупности виртуальных вариантов. Буквально, пока мы не открыли ящик, он находится в двух реализуемых состояниях одновременно (если быть более точным и вспомнить то, о чём говорилось раньше - в двух бесконечных группах реализуемых состояний). Как кот Шредингера.
Второе. Мы тут исходили из того, что существует один наблюдатель (в классической реальности) и бесконечное множество разных виртуальных состояний наблюдаемого объекта (в квантовой реальности). Однако, никакие законы логики не мешают распространить эту множественность состояний также на самого наблюдателя, и считать, что в квантовой реальности существует бесконечное множество виртуальных наблюдателей. Каждый из них в своей виртуальной реальности. То есть, это для нас они виртуальны. Но каждый наблюдатель воспринимает свою реальность, как "нормальную". А все остальные реальности, и наша в том числе, виртуальны для него. Это я так вкратце обрисовал идею, лежащую в основе многомировой интерпретации квантовой механики. Лично мне эта концепция не кажется близкой к истине, но это чисто интуитивное ощущение. С точки зрения "научности", в смысле, объяснения результатов квантовых экспериментов, такая интерпретация не хуже прочих
Итак, мы выяснили: в момент измерения мы в классической реальности получаем один результат из множества потенциально возможных. В следующей части мы узнаем, что происходит в момент измерения в квантовой реальности.
Продолжение