Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
другого електрона, немає способів довідатися, чи не спотворилося значення, обмірюване їм, у результаті спостереження першого
електрона. Усе, що йому відомо, що електрон перед виміром міг у тому числі мати й певне положення, і
певний імпульс. Навіть Эйнштейн не зміг би скористатися вимірами подібного роду, щоб послати
миттєвий сигнал від одного електрона до іншого. (Можна було б помітити, що Джон Белл порівняно недавно
зштовхнувся із ще більш фантастичними наслідками квантової механіки, що стосуються атомних спинов, а фізики-
експериментатори показали67, що спини в атомних системах поводяться так, як пророкує квантова механіка, тобто на
самій справі закони квантової механіки відбивають пристрій самого миру.) Мені здається, що ніщо зі сказаного не може
змусити нас відмовитися від думок про хвильові функції як про реальність; просто хвильова функція поводиться
незвичним для нас образом, допускаючи миттєві зміни, що впливають на хвильову функцію всього Всесвіту. Я
думаю, що тобі треба перестати вишукувати у квантовій механіці глибокі філософські одкровення й надати мені
можливість користуватися нею.
Крихта Тім. Прошу мене вибачити, але я повинен помітити, що якщо ви готові визнати миттєві зміни хвильовий
функції у всім просторі, те, як я підозрюю, ви готові визнати що завгодно. Крім того, сподіваюся, ви простите
мене, якщо я скажу, що ви не дуже послідовні. Ви сказали, що хвильова функція будь-якої системи еволюціонує в
часу зовсім детермінованим образом і що ймовірності з'являються тільки тоді, коли ми робимо
виміру. Але, відповідно до вашої крапки зору, не тільки електрон, але також вимірювальний прилад і людина, що робить
с його допомогою спостереження, - всі вони утворять одну більшу систему, описувану хвильовою функцією з неймовірно
більшою кількістю значень, причому всі ці значення міняються причинним образом навіть під час виміру. Але якщо
щось відбувається детерминированно, звідки ж береться невизначеність у результатах вимірів? Звідки беруться
імовірності, коли виробляються виміри?
* * *
Я випробовую симпатію до обох сторін у цій суперечці, хоча мені ближче реаліст Скрудж, а не позитивіст Крихта Тім. Я
надав Крихті Тімові останнє слово, тому що проблема, піднята їм в останніх фразах, є однієї з
найважливіших загадок в інтерпретації квантової механіки. Ортодоксальна копенгагенская інтерпретація, що я до
цих пор викладав, базується на різкому розмежуванні фізичної системи, керованої законами квантової механіки, і
приладу, використовуваного для вивчення цієї системи
67
і описуваного класично, тобто відповідно до законів доквантовой фізики. Наша міфічна частка може мати
хвильову функцію зі значеннями як тут, так і там, але коли неї спостерігають, вона якимсь образом стає з
вірогідністю рівної або тут, або там, причому зовсім непередбаченим образом, якщо не вважати ймовірностей.
Але це розходження в підходах до системи, що спостерігають, і приладу, яким це роблять, є безсумнівна фікція. Ми
думаємо, що квантова механіка управляє всім у Вселеної, не тільки поводженням окремих електронів, але й
поводженням вимірювальних приладів і самих людей, що використовують ці прилади. Якщо хвильова функція описує
вимірювальний прилад, так само як і спостережувану систему, і при цьому еволюціонує детерминированно за законами
квантової механіки навіть під час виміру, те, як запитує Крихта Тім, звідки ж беруться ймовірності?
Незадоволеність штучним поділом систем і спостерігачів у рамках копенгагенской інтерпретації
привела багатьох учених до зовсім іншої точки зору, до інтерпретації квантової механіки на основі ідеї про
множинності мирів або множинності історій. Уперше така інтерпретація була представлена в дисертації
Хью Эверетта із Принстона. Відповідно до цієї крапки зору, виміру типу тут-там над нашою міфічною часткою
представляють певну взаємодію між часткою й приладом, у результаті якого хвильова функція
комбінованої системи перебудовується так, що має помітні значення лише для двох конфігурацій; одне значення
відповідає конфігурації, у якій частка перебуває тут і покажчик приладу вказує на тут, інше значення
відповідає можливості, що частка перебуває там і прилад показує там. Існує й певна хвильова
функція, що виникла зовсім детермінованим образом за законами квантової механіки в результаті взаємодії
частки з вимірювальним приладом. Однак два значення хвильової функції відповідають двом станам з різної
енергією, а тому що вимірювальний прилад макроскопічний, то різниця в енергіях двох станів дуже велика й два
значення хвильової функції осциллируют на сильно, що відрізняються частотах. Спостереження положення покажчика на приладі
нагадує випадкове настроювання на одну із двох радіостанцій, WZ-ТУТ і YX-TAM; якщо несучі частоти досить
розділено, інтерференція не виникає й ви приймаєте ту або іншу радіостанцію з імовірністю, пропорційної
інтенсивності сигналу. Відсутність інтерференції між двома значеннями хвильової функції означає, що, по суті,
світова історія розщепилася на дві історії, в одній з яких частка перебуває тут, а в іншій - там, і із цього
моменту дві історії розвиваються без взаємодії один з одним68.
68
Застосовуючи правила квантової механіки до комбінованої системи із частки й вимірювального приладу, можна на
самій справі довести, що ймовірність виявити частку тут, а покажчик приладу в положенні тут, пропорційна
квадрату значення тут хвильової функції частки перед тим самою миттю, коли вона початку взаємодіяти з
вимірювальним приладом, що саме й постулируется в копенгагенской інтерпретації квантової механіки. Однак
питання Крихти Тіма усе ще залишається без відповіді. При обчисленні ймовірності того, що комбінована система з
частки й вимірювального приладу має одну із двох конфігурацій, ми неявно все-таки протягли спостерігача, що
зчитує показання приладу й виявляє напису тут або там. Хоча при цьому прилад розглядається квантово-
механічно, спостерігач уважається класичним; він виявляє, що покажчик зовсім виразно вказує
або на тут, або на там, причому це не можна пророчити заздалегідь інакше як імовірнісним образом. Звичайно, можна й
спостерігача розглядати механічно, але ціною введення іншого спостерігача, що детектирует
результати спостережень першого, читаючи, наприклад, статтю у фізичному журналі. І так далі.
Безліч фізиків працювалася над тим, щоб очистити основи квантової механіки від будь-яких тверджень про
імовірностях69 або якімсь іншому інтерпретуючому постулаті, що розрізняє системи й спостерігачів. Те, що потрібно,
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]
У світі фізики
Наука та техніка