Ознакомительная версия.
Вопрос стоит так: когда система перестает существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента Шредингера – показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мертвым, либо остается живым, но перестает быть смешением того и другого.
Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мертвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), это означает, что это верно и для атомного ядра. Оно обязательно будет либо распавшимся, либо не распавшимся. Другими словами, когда ящик открывается, Вселенная расщепляется на две разные вселенные, в одной из которых наблюдатель смотрит на ящик с мертвым котом, а в другой – наблюдатель смотрит на живого кота.
Копенгагенисты объяснили эту ситуацию следующим образом. По их мнению, пока ящик закрыт, система находится в обоих состояниях одновременно, в суперпозиции состояний «распавшееся ядро, мертвый кот» и «не распавшееся ядро, живой кот». А когда ящик открывают, происходит коллапс волновой функции одного из вариантов. То есть система перестает быть суперпозицией состояний и выбирает одно из них в тот момент, когда происходит наблюдение. Возникла мысль о том, что на выбор той или иной позиции из нескольких возможных влияет сознание наблюдателя.
Окончательного единства среди физиков по этому вопросу достигнуто не было.
Физик Стивен Хокинг однажды воскликнул: «Когда я слышу про кота Шредингера, моя рука тянется за ружьем!» Фактически Хокинг и многие другие физики придерживаются мнения, что «копенгагенская школа» интерпретации квантовой механики подчеркивает роль наблюдателя безосновательно.
Теперь давайте взглянем на ситуацию глазами другого физика, находящегося за пределами лаборатории.
Физиком Юджином Вигнером, лауреатом Нобелевской премии по физике 1963 года, был рассмотрен парадокс, получивший название «друг Вигнера».
В эксперимент с котом он ввел категорию друзей.
Предположим, что Эрвин, друг Вигнера, находящийся в лаборатории, открыл коробку и обнаружил, что кот жив.
Эрвин «произвел измерение», и с точки зрения квантовой механики его следует включить в рассматриваемую систему «кот – устройство – исследователь».
Действительно, на более конкретном уровне Эрвин состоит из молекул, атомов и частиц (они же волны), которые подчиняются квантовым законам. Поэтому ему (Эрвину) соответствует некий вектор состояния.
Безусловно, мы все состоим из молекул, атомов, частиц (одновременно волн) и пока не сделаем выбор в экзистенциальном смысле, находимся в состоянии «может быть». И всегда в промежутках между выборами мы находимся в этом состоянии. Неслучайно древние говорили: «Существование предшествует сущности».
Для Эрвина волновая функция (квантовая неопределенность) разрушилась: кот на 100 % жив или на 0 % мертв. Однако Юджин, находящийся в коридоре, этого не знает. И с его точки зрения вся экспериментальная система, в том числе и Эрвин, продолжает находиться в состоянии «может быть».
Когда Эрвин высунет голову в дверь и крикнет: «Кот жив», вектор состояния (квантовая неопределенность) для Юджина разрушится.
В лаборатории на другом берегу океана другой физик с нетерпением ждет телефонного звонка от Юджина о результатах смертоносного эксперимента. С его точки зрения вектор состояния коллапсирует (неопределенность исчезнет), когда Юджин сообщит ему результат.
А для четвертого физика, который ждет сообщения от третьего, вектор состояния еще не коллапсировал.
Но все остальные друзья еще не признали кота живым и сделают это только тогда, когда им сообщат результат эксперимента. Таким образом, кота можно признать полностью живым только тогда, когда все люди в мире узнают результат эксперимента. До этого момента в масштабе большой Вселенной кот остается полуживым и полумертвым одновременно.
Напрашивается вывод: для Вселенной именно этот сигнал разрушает вектор состояния, иными словами, переводит квантовый объект в определенное состояние из множества возможных. Как показал Вигнер, многократно добавляя к системе новые внешние объекты, можно последовательно распространить эту неопределенность на всю Вселенную.
Рассмотренный парадокс является иллюстрацией задачи, называемой «наблюдение над наблюдателем». Сам Вигнер в качестве выхода из сложившейся парадоксальной ситуации предложил принять ключевую роль сознания наблюдателя в процессе квантовой редукции[9].
Заметим, что речь здесь может идти только о «сознании» как о субъекте, но никак не о нервной системе и мозге человека. Значение этого аргумента в пользу существования сознающего «Я» человека, принципиально отличного от мозга, физического тела и в целом от того, что мы называем «материальным миром», и играющего первичную роль по отношению к этому материальному миру, трудно переоценить.
Так в каком же состоянии находился квантовый объект, измеренный оператором Эрвином, по отношению к внешнему наблюдателю Юджину?
Квантово-информационная концепция дает такой ответ. Перед измерением частица находилась в неопределенном состоянии. Поскольку оператор Эрвин является воспринимающим субъектом, акт квантовой редукции произойдет сразу же после измерения состояния частицы. Присутствие второго наблюдателя Юджина уже не может что-либо добавить или как-либо повлиять на результат эксперимента.
Если вместо оператора Эрвина в камере находится компьютер, ситуация становится принципиально иной. До того, как результат будет воспринят сознательным наблюдателем, он все еще не существует в однозначном виде. Он не определен. Согласно квантовой механике, свойства объектов не существуют до момента их измерения. Его переведет в то или иное состояние сознание наблюдателя! Именно оно заставит объект сделать выбор и перейти в определенное состояние из множества возможных.
Весьма авторитетные теоретики (Вигнер, Эспанья, Уилер, Эверет) разработали такой подход, в соответствие с которым сознание наблюдателя – такой же сущностный элемент наблюдаемой Вселенной, как и сама физическая Вселенная, и именно сознание наблюдателя (человека) творит Вселенную!
С этой точки зрения «принцип реальности» содержится не в физическом мире, а в плоскости сознания.
Единство человека и наблюдаемого им мира
Если прибор искажает то, что измеряет, то исследуемый квантовый объект необходимо изолировать от внешних воздействий. Но как изолировать, например, электрон от исследовательской аппаратуры? Насколько большим должно быть расстояние между изучаемым электроном и исследователем, если учесть, что электрон одновременно есть волна? Волна же распространяется в пространстве. В принципе, оно должно быть бесконечно большим. Только в этом случае исследуемая частица будет представлять собой самостоятельную физическую единицу.
На практике это невозможно, да и не нужно. В конце концов, все относительно. Можно представить электрон не самостоятельной единицей, а частью системы, которая включает в себя процессы подготовки, измерения, измерительные приборы и самого исследователя.
Именно так и происходит при изучении мироздания. Ученый невольно становится частью того, чего изучает, причем не пассивной, а весьма активной его частью. Это поняли, когда столкнулись с потрясающими феноменами, например, такими, как в двухщелевом эксперименте.
В атомной физике свойства объекта имеют значение только во взаимодействии этого объекта с наблюдателем. Исследователь решает, каким образом он будет осуществлять эксперимент и проводить измерения, и в зависимости от своего решения получает характеристику свойства наблюдаемого объекта. Если эксперимент проводится по-другому, то свойства наблюдаемого объекта тоже изменяются.
Таким образом, на уровне атома «объекты» могут быть поняты только в терминах взаимодействия между процессами подготовки и наблюдения. Конечным звеном цепочки всегда будет человеческое сознание.
Следовательно, в атомной физике ученый не может играть роль стороннего наблюдателя, он обречен быть частью наблюдаемого им мира до такой степени, что сам воздействует на свойства наблюдаемых объектов. Ученик Эйнштейна, известный теоретик Джон Уилер, считая активное участие наблюдателя самой важной особенностью квантовой теории, предложил заменить слово «наблюдатель» словом «участник».
По словам Уилера: «Самое важное в квантовом принципе – это то, что он разрушает представление о мире, „бытующем вовне“, когда наблюдатель отделен от своего объекта плоским стеклянным экраном толщиной в двадцать сантиметров. Даже для того, чтобы наблюдать такой крошечный объект, как электрон, приходится разбить стекло. Наблюдатель должен забраться под стекло сам, разместить там свои измерительные приборы. Он должен сам решить, что измерять – импульс или местонахождение. Если ввести туда оборудование, способное измерить одну из этих величин, это исключит возможность размещения аппаратуры, способной измерить другую. Более того, в процессе измерения изменяется состояние самого электрона. После этого Вселенная никогда не станет такой, какой она была раньше. Для того чтобы описать то, что происходит, нужно зачеркнуть слово „наблюдатель“ и написать „участник“. В каком-то непредвиденном смысле наша Вселенная – это участвующая Вселенная» [14].
Ознакомительная версия.
