Лекция двенадцатая курса "Квантовая революция" (весна 2024)

Академик Гинзбург выделил ТРИ ВЕЛИКИЕ ПРОБЛЕМЫ: интерпретация КМ, стрела времени и объяснение жизни через физику. Всегда считалось, что любая физическая теория описывает реальный мир, существующий вне этой теории. Теория - модель реального мира. Но для квантовой механики это неверно. Чтобы разговор был более предметный и понятный, введем несколько математических понятий, которые в КМ широко используются.
Рассмотрим известный парадокс с котом Шредингера. В герметичной коробке находится радиоактивный атом. Счетчик Гейгера регистрирует распад данного атома и приводит в действие механизм, разбивающий колбу с ядом. Все это происходит в закрытом ящике, где находится кот . Мы не имеем возможности непосредственно наблюдать происходящее внутри, а можем только открыть ящик и посмотреть результат.
Согласно Шредингеру и здравому смыслу, кот мертв либо жив в зависимости от того, произошел ли радиоактивный распад. Но, согласно Бору и его последователям, субатомное королевство напоминает мир Алисы в Стране чудес: только акт измерения может решить, имел место распад или нет, и только это измерение определяет, мертв кот или жив. До того, как измерение произойдет, кот перенаправлен в квантовое чистилище, где он и пребывает в суперпозиции состояний.
Логическая ошибка заключается в предположении объективного существования квантовомеханических состояний до наблюдения (измерения) системы. Мы не можем измерить вектор состояния, находящийся в произвольной суперпозиции базисных векторов. При наблюдении мы вообще не получим суперпозиции. Произойдет коллапс вектора состояния
Предположение об объективном существовании чего-то до самого измерения в квантовой механике всегда приводит к противоречиям. Но до измерения необходимо использовать именно суперпозицию векторов, чтобы корректно предсказать вероятности тех или иных событий.
Где же происходит коллапс вектора состояния и потеря информации? На этапе перехода от атома к детектору? Или от детектора к коту? Или от кота к внешнему экспериментатору? Можно даже расширить эксперимент и добавить второго экспериментатора: Вигнер, находясь в другой комнате, узнает о результате эксперимента только со слов своего друга, который открыл коробку с котом, и до этого момента должен был описывать систему суперпозицией.
То есть не только коты, даже люди могут описываться суперпозицией! Можно было бы предположить, что коллапс происходит на границе перехода от атома к детектору. Но ведь сам детектор - это тоже физическая система и он должен подчиняться законам квантовой механики. Никакой резкой границы между классическим и квантовым миром не существует. Если детально проанализировать работу детектора и его составляющих, то мы придем к такой же суперпозиции состояний отдельных элементов счетчика. То же можно сказать и о детальной работе человеческих детекторов (органов чувств).
В конечном счете суперпозиция разрушается только в сознании наблюдателя. Квантовая механика субъективна. Она отрицает существование классического, независимого от наблюдателя физического мира со строго определенными характеристиками (и эксперименты это подтверждают). Само наблюдение приводит к разрушению суперпозиции и переходу в классический мир. Но согласно квантовой механике это разрушение и классический мир существуют только в сознании наблюдателя.
Аргументация Эйнштейна и другие возражения (например, связанные с неизбежным использованием многомерных пространств для представления волновой функции) сделали ясным, что волновая функция, как это подчеркивали Гейзенберг, Паули и Дирак уже во время общей дискуссии, сама по себе не представляет хода событий в пространстве и во времени, а скорее выражает наши знания о событиях.
Стало ясно, что физик поступает по существу следующим образом: по результатам наблюдения он конструирует волновую функцию, эволюция которой подчиняется законам квантовой механики и в каждый данный момент времени представляет просто каталог вероятностей результатов последующих измерений или наблюдений. Положение дел между двумя последовательными наблюдениями описать нельзя, а описание самого наблюдения зависит от схемы эксперимента, выбранной физиком.. Последовательная интерпретация принятого формализма квантовой механики делает такие заключения неизбежными - таков был результат общей дискуссии на Конгрессе. Даже Эйнштейн, побежденный, но не убежденный, должен был признать, что с точки зрения логики теория и ее интерпретация в духе дополнительности образуют согласованную систему взглядов.
В этом суть теоремы Белла: если локальность сохраняется и измерение одной частицы не может мгновенно повлиять на результат другого измерения на большом расстоянии, то результаты в определенной экспериментальной установке могут коррелировать не более чем на 67%. Если, с другой стороны, судьбы запутанных частиц неразрывно связаны даже на огромных расстояниях, как в квантовой механике, результаты некоторых измерений будут демонстрировать более сильные корреляции.

[@glebyakovlev1321]

thak u!

[@igorbaburin6620]

Большое спасибо за лекцию. Мне всегда более парадоксальной представлялась некоммутативность проекций момента импульса (скажем, Lx и Ly), хотя квадрат момента коммутирует с каждой проекцией (Lx, Ly, Lz). Т.е. можно определить одновременно квадрат момента и одну из его проекций. Но при этом две другие проекции не остаются полностью “неизвестными” (их величину можно ограничить из очевидного равенства Lx^2 + Ly^2 = L^2 - Lz^2), хотя и не коммутируют друг с другом.

[@NikolajMihajlenko]

Рекомендую этот курс слушать на скорости 1,25

[@MrShamanMt]

Попробуйте на 1.5, еще лучше. Вообще без напряга заходит.

[@glebyakovlev1321]

yes

[@glebyakovlev1321]

"shut up and calculate" это есть твердотельщик мермин, из корнелла. его лекции не брал, брал ашкрофта, у них общий учебник

[@mirnauki]

Да, Мермин, конечно. Спасибо!

[@alexanderkudryashev3006]

Наблюдённая Величина. Этот термин в курсе матстатистики приводил меня в шок своей неблагозвучностью. Возможен ли другой, более благозвучный термин?

[@mirnauki]

Наблюдаемая

[@alexanderkudryashev3006]

​@@mirnauki То-то и оно, что не так. "Наблюдаемая" - которую (в принципе) все еще наблюдаем, а "наблюдённую" наблюли раз и навсегда, и с этим ничего не поделаешь. Этот вопрос мы обсуждали тогда, 40 лет назад, но не пришли ни к какому соглашению.

[@michaelkonika1701]

😅🎉зз

[@user-kw5yg3rl1c]

​@@alexanderkudryashev3006"один раз пронаблюдённая в прошлом" - вроде не отвратительно звучит.

[@vlad2614]

У вас проблемы с русским языком: "наблюдаемая" в КМ означает величину, которая может быть измерена: в прошлом, настоящем и потенциально - в будущем. А не только в прошлом. Как и занимающийся бегом человек: он может бегать и вчера, и сегодня, и завтра.​@@alexanderkudryashev3006

[@A_Bell]

Квантовые наушники!?