Различные точки зрения на существующую квантовую теорию

Нередко говорят, что трудности с интерпретацией исчезли бы, если бы мы более полно учли требования опыта. Действительно, полностью изолировать содержимое контейнера от внешнего мира невозможно. Следовательно, вектор состояния будет искажен. Можно прийти и к другой точке зрения о том, что законы квантовой линейной суперпозиции неприменимы к сознанию (речь идет о двух наблюдателях). Так Э. Вигнер предположил, что линейность уравнения Шредингера может нарушаться для существ, наделенных сознанием (или просто живых существ), и это уравнение подлежит замене на некоторую нелинейную процедуру, согласно которой та или иная из альтернатив должна быть отброшена.

Существует другая точка зрения, связанная в чем-то с предыдущей, которая сводит роль сознания к другому (противоположному) пределу. Она была выдвинута Джоном Уилером в 1938 г. и получила название соучаствующей (партисипаторной) вселенной. Эволюция сознательной жизни на нашей планете обусловлена подходящими мутациями, происходившими в различное время. Предположительно это были квантовые события, поэтому они могли бы сосуществовать как линейные суперпозиции до тех пор, пока не довели эволюцию до мыслящих существ, само существование которых зависит от всех «правильных» мутаций, имевших место в свое время. Именно наше присутствие, согласно этой идее, вызывает к жизни наше прошлое.

Другая точка зрения, тоже по-своему логичная, но приводящая к не менее странной картине – так называемая картина множественности миров, впервые выдвинутая Хью Эвереттом (1957). Здесь мир внутреннего наблюдателя сопоставляется с миром внешнего. Трудность этой гипотезы состоит в том, что нет разработанной теории сознания, хотя и экономичность гипотезы тоже под вопросом (экономия мышления, по Маху? – А.Р.).

Вывод из сказанного, который мы делаем вместе с Пенроузом, может быть таким. На субмикроскопическом уровне квантовые законы действительно работают, но на уровне крикетных шаров действует классическая механика. Где-то между ними находится закон, который нам непременно понадобится, если мы хотим понять, как функционирует наш разум.

Законы сохранения в физике

Так называют физические закономерности, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенном классе процессов. Законы сохранения дают иногда возможность сделать заключение о поведении во времени системы, для которой неизвестен или слишком сложен описывающий ее динамический закон. Важнейшими ЗС, справедливыми для любых изолированных систем, являются законы сохранения энергии, импульса, углового момента, электрического заряда. О законах сохранения упоминалось и раньше. Здесь подводится итог сказанному.

Большое значение ЗС имеют в квантовой теории, в частности в теории элементарных частиц. Они определяют правила отбора, согласно которым невозможны те реакции, которые ведут к нарушению ЗС. Перечисленные ЗС справедливы в физике макромира (см. ниже материал о теореме Нётер). В дополнение к ним в теории элементарных частиц возникло много специфических ЗС, позволяющих интерпретировать наблюдаемые на опыте правила отбора. Таков, например, закон сохранения барионного числа, выполняющийся с очень высокой точностью во многих видах фундаментальных взаимодействий. Существуют и приближенные ЗС, выполняющиеся в одних видах взаимодействий и нарушающиеся в других. Например, закон сохранения странности, изотопического спина[45], пространственной четности строго выполняются в процессах, протекающих за счет сильного взаимодействия, но нарушаются в процессах слабого взаимодействия. Электромагнитное взаимодействие нарушает закон сохранения изотопического спина. ЗС тесно связаны со свойствами симметрии физических систем. При этом симметрия понимается как инвариантность физических законов относительно некоторой группы преобразований входящих в них величин. Т.о., если известны свойства симметрии системы, можно найти для нее ЗС и наоборот.

Так сохранение энергии связано с однородностью времени, т.е. с инвариантностью физических законов относительно изменения начала отсчета времени. Сохранение импульса и момента связаны соответственно с однородностью пространства (инвариантность относительно пространственных сдвигов) и изотропностью пространства (инвариантность относительно вращений пространства). Поэтому проверка механических ЗС является проверкой соответствующих фундаментальных свойств пространства-времени. Долгое время считалось, что кроме перечисленных элементов симметрии пространство-время обладает зеркальной симметрией, т.е. инвариантно относительно обращения (инверсии) времени. Тогда должна была бы сохраняться пространственная четность. Однако в 1957 г. было экспериментально обнаружено несохранение четности в слабом взаимодействии, поставившее вопрос о пересмотре взглядов на глубокие свойства геометрии мира. В связи с развитием теории гравитации намечается дальнейший пересмотр взглядов на симметрию пространства-времени и фундаментальные ЗС (в частности на законы сохранения энергии и импульса).

Теорема Нётер утверждает, что для всякой физической системы, уравнения движения которой могут быть получены из вариационного принципа, каждому однопараметрическому непрерывному преобразованию, оставляющему вариационный функционал инвариантным, отвечает один закон сохранения. Теорема позволяет выписать сохраняющуюся величину. Установлена в работах ученых гёттингенской школы Д. Гильберта, Ф. Клейна, и Э. (Эмми) Нётер. Теорема Нётер представляет собой самое универсальное средство, позволяющее находить законы сохранения в лагранжевой классической механике, теории поля, квантовой теории и т.д.