2020-05-12
138
Рассмотрим «архетипичный» квантово-механический эксперимент, при котором пучок электронов, света или других «волн-частиц» направляется сквозь две узкие щели на расположенный позади них экран. Когда открыта не одна, а две щели, наблюдается волнообразное распределение интенсивности. Картина освещенности при двух щелях сильно отлична от той, которая наблюдается при одной щели. В тех точках, где освещенность максимальна, она превосходит освещенность при одной щели не в два, а в четыре раза. В точках минимума она падает до нуля (при двух щелях). Как могло случиться, что предоставив фотону альтернативный маршрут, мы в действительности воспрепятствовали его прохождению по любому из маршрутов?
Если принять в качестве «размера» фотона длину его волны, то в масштабах фотона вторая щель находится от первой на расстоянии около 300 размеров фотона. А ширина каждой щели составляет около двух размеров фотона. Каким образом фотон, проходя через одну из двух щелей, узнает о том, открыта или закрыта другая щель? В некотором смысле каждая частица проходит сразу через обе щели и интерферирует сама с собой (при малой интенсивности света).
|
|
|
Бор, по-видимому, считал, что состояние системы микрочастиц между измерениями не обладает настоящей физической реальностью, а действует лишь как свод знаний некого субъекта о рассматриваемой системе. Тогда волновая функция превращается во что-то субъективное или целиком существует в уме физика. Поэтому Бору пришлось рассматривать мир на классическом уровне как действительно обладающий объективной реальностью. Но в состояниях на квантовом уровне, которые, казалось бы, лежат в основе всего, никакой реальности он не усматривал.
Такая картина была неприемлема для Эйнштейна, который был глубоко убежден в том, что объективный физический мир должен действительно существовать, даже на микроскопических масштабах квантовых явлений. В своих многочисленных дискуссиях с Бором Эйнштейн пытался доказать, но неудачно, что квантовой картине присущи внутренние противоречия, и что за квантовой теорией должна стоять какая-то более глубокая структура. Возможно, вероятностное поведение квантовых систем служит проявлением статистических эффектов более малых компонентов системы, о которых мы не располагаем непосредственным знанием. Последователи Эйнштейна, в особенности Давид Бом, развили высказанную им идею о скрытых переменных, согласно которой параметры, точно определяющие систему, не доступны нам непосредственно, и квантовые вероятности возникают из-за того, что значения этих параметров неизвестны до измерения. Согласуется ли теория скрытых переменных со всеми наблюдаемыми фактами квантовой физики? Похоже, что ответ на этот вопрос должен быть утвердительным, но только если эта теория по существу нелокальна в том смысле, что скрытые параметры должны иметь возможность мгновенно влиять на элементы системы в сколь угодно далеких областях. Такая ситуация не понравилась бы Эйнштейну, особенно в связи с возникающими трудностями в специальной теории относительности.
|
|
|
Кошка Шредингера
Любая часть измерительного устройства сама является частью физического мира и состоит из тех же самых кантовомеханических компонент, поведение которых должен исследовать измерительный прибор. В известном смысле измерение составная система производит над собой. Противоречие в сказанном особенно ярко проявляется в мысленном эксперименте, предложенном Эрвином Шредингером.
Представьте себе герметичный контейнер, через который ни внутрь, ни наружу не проходит ни одно внешнее воздействие. Предположим, что внутри контейнера находится кошка, а также устройство, приводимое в действие (запускаемое) некоторым квантовым событием. Если это событие происходит, то устройство разбивает ампулу с синильной кислотой, и кошка гибнет. Если событие не происходит, кошка продолжает жить. В первоначальной версии Шредингера квантовым событием, запускающим устройство, был распад радиоактивного атома. Выберем вслед за Пенроузом в качестве квантового события, запускающего устройство, фотон, который, попадая в фотоэлемент, приводит его в действие. Этот фотон отражается от полупосеребренного зеркала. Отражение от зеркала расщепляет волновую функцию фотона на две части, одна из которых отражается, а вторая проходит сквозь зеркало. Для внешнего наблюдателя кошка действительно есть не что иное как линейная комбинация живой и дохлой кошек, и только когда контейнер будет наконец вскрыт, вектор состояния кошки коллапсирует в вектор одного из этих двух состояний. С другой стороны для внутреннего наблюдателя (защищенного надлежащим образом от действия синильной кислоты) вектор состояния кошки коллапсировал бы гораздо раньше и линейная комбинация внешнего наблюдателя не имела бы смысла.
