Читать книгу Размышления об информации, или Информация к размышлению - Виктор Иванович Воронов - Страница 12

Рассмотрение «трудных» проблем науки начнём с самой большой загадки современной физики – загадки квантовой реальности и её связи с воспринимаемым классическим миром.

В квантовой механике, несмотря на концептуальную сложность, по существу, полностью отсутствуют гипотетические теоретические построения. С самого начала она строилась как феноменологическая теория, описывающая реальные экспериментальные факты.

Математический аппарат, использующийся для такого описания, может быть разным. Это и матричная механика Гейзенберга, и волновое уравнение Шрёдингера, и фейнмановские интегралы по путям или, как принято в западной литературе, по историям. Но в каждом подходе суть остаётся одна – предлагается более или менее удобный алгоритм расчёта экспериментальных результатов, но ничего не говорится о том, что же представляет собой квантовый объект. Конечно, и в классической физике мы не знаем, что такое электрон, но, во всяком случае, уверены, что в любой момент времени можем измерить все его характеристики с технически доступной степенью точности и предсказать его будущее поведение.

В квантовой механике электрон лишается и этой определённости. В общепринятой интерпретации считается, что до момента измерения он вообще не обладает никакими конкретными характеристиками, а в процессе измерений может получить с определённой вероятностью и точностью, принципиально ограниченной соотношением неопределённости, некоторые значения этих величин из возможного спектра, задаваемого уравнением Шрёдингера.

Изначально квантовая механика создавалась как теория, описывающая поведение микрообъектов – электронов, фотонов, атомов. Но дальнейшее развитие показало, что не существует никаких принципиальных ограничений на размеры и сложность квантовых систем. В принципе, квантовая механика может быть применена и ко всей Вселенной в целом.

По существу, всё, что мы знаем о квантовом мире, представлено в волновой функции, подчиняющейся уравнению Шрёдингера. Это уравнение линейно и поэтому не предполагает различия между прошлым, настоящим и будущим. В концептуальном плане ситуация выглядит так, как будто существует некий заданный многоальтернативный непроявленный (в классическом смысле) квантовый мир и каким-то образом проявляющаяся из него безальтернативная эволюционирующая Вселенная.

В вопросе, каким же образом, и заключается фактически «проблема измерений». Ответ на этот вопрос в большой степени зависит от понимания того, что скрыто за формулами, описывающими квантово-механические эксперименты, и что представляет собой квантовая реальность.

Действительно, если в классической физике математическое описание всегда выстраивалось вокруг объектов, допускающих непосредственное или опосредованное чувственное восприятие, и никакой специальной интерпретации теорий при этом не требовалось, то в квантовой механике физика впервые столкнулась с ситуацией, когда эффективный математический аппарат, с высокой точностью описывающий экспериментальные результаты, оказался не привязан ни к какому реальному в классическом смысле объекту. Это привело к необходимости как-то трактовать используемые математические образы. В результате возникло множество интерпретаций квантовой механики, по-разному решающих проблему измерений. Однако до настоящего времени ни одна из этих интерпретацией не является общепризнанной и, на наш взгляд, не объясняет удовлетворительно взаимоотношения классического и квантового мира.

Исторически первой была так называемая копенгагенская интерпретация, сформулированная в 1927 г. Н. Бором, В. Гейзенбергом и другими создателями квантовой механики, в которой утверждалось, что: