В продолжении цикла статей о времени, нельзя не остановиться на столь интересном принципе квантовой физики, как принцип квантовой запутанности. Сразу оговорюсь: речь далее пойдёт не о принятом в настоящий момент видении этого понятия, а о взгляде на него с позиции Философии процесса. Другими словами, каким образом из иных представлений о пространстве-времени возможно сформировать понимание сути принципа квантовой запутанности. Поэтому, если вам поисковик выдал ссылку на эту статью и вас интересует именно классическое понятие из квантовой физики, то можете спокойно продолжить далее свой поиск. Для прочих любознательных людей, надеюсь, будет интересно ознакомиться с идеями, которые являются результатом осмысления сути квантовой запутанности несколько с иной точки зрения.
Идея написания этой статьи у меня возникла потому, что в некоторых описаниях квантовой запутанности встречаются формулировки с фразами типа: "две пространственно разделенные частицы, которые имеют абсолютно совпадающие положения и импульсы возникающие одновременно". А так как в нескольких последних моих статьях как раз были рассмотрены понятия времени и одновременности, невольно появился интерес разобраться и с принципом квантовой запутанности, как с неким понятием, также связанным со временем. Причем с таким понятием, которое ещё и создаёт прецедент относительно нашего восприятия существования физических тел в конкретном, строго определённом месте пространства.
Итак, начнём с того, что принцип квантовой запутанности - это один из пяти основных принципов квантовой механики, которые по факту взаимосвязаны между собой и будет не совсем корректно, акцентируя внимание на одном из них, упускать из виду другие. Поэтому, если мы хотим понять квантовую запутанность в представлениях Процессной модели, то следует взглянуть на создаваемую квантовой механикой картину окружающей нас действительности целиком и разобраться с возникающими в ней проблемами и противоречиями.
Начнём с того, что квантовая механика вступает в противоречие с основами общей теории относительности, так как приводит к таким результатам, которые нарушают, в частности, принцип локальности. Не случайно многие известные физики, такие как Шрёдингер, Эйнштейн, Бор, ломали голову над этой проблемой. Как некий итог, мнения относительно того, как воспринимать волновую функцию разделились и сформировали несколько различных подходов.
Некоторые, например, Бор, Вигнер и фон Нейман, выступали за формулировки или варианты копенгагенской интерпретации, другие, такие как Уиллер или Джейнс, придерживались более классического подхода и рассматривали волновую функцию как представление информации в сознании наблюдателя, то есть меры нашего познания реальности. Такие ученые, как Шрёдингер, Бом и Эверетт утверждали, что волновая функция должна иметь объективное физическое существование. Эйнштейн же считал, что полное описание физической реальности должно относиться непосредственно к физическому пространству и времени, в отличие от волновой функции, которая относится к абстрактному математическому пространству.
Таким образом, можно видеть достаточно пёструю картину во взглядах на принципы квантовой механики и при этом - успешное использование квантовой теории во многих сферах современной науки. Как говорится, собака лает, караван идёт. Многие физики просто не считают полезным какую бы то ни было интерпретацию квантовой механики, а просто принимают её, используя ёмко выраженный афоризм Дэвида Мермина: "Заткнись и считай!"
Однако для меня рассмотрение толкований квантовой механики интересно в первую очередь потому, что оно позволяет сделать вывод об её абстрактном характере даже тогда, когда и если она даёт полное описание физической реальности и в ней нет скрытых параметров. Таким образом в итоге важно выработать понимание того, что мы имеем дело не с физической реальностью, а лишь с математической моделью этой самой реальности. Как покажут дальнейшие наши рассуждения, в этом больше положительного, чем отрицательного.
Для рассмотрения в данной статье обратимся к копенгагенской интерпретации, так как она, с моей точки зрения, оказывается своеобразным компромиссом между крайними интерпретациями, воспринимающими волновую функцию либо как субъективное восприятие в сознании наблюдателя, либо как объективное физическое существование.
В копенгагенской интерпретации квантовая механика описывает не микрообъекты сами по себе, а их свойства, проявляющиеся в макроусловиях, создающихся классическими измерительными приборами в процессе акта наблюдения. Квантовая механика является статистической теорией вследствие того, что измерение начальных условий микрообъекта изменяет его состояние и приводит к вероятностному описанию исходного положения микрообъекта. Это положение описывается волновой функцией, которое выступает центральным понятием квантовой механики. Соответственно, в основе всего оказывается именно математическое, а не физическое понятие - поле. Почему здесь делается подобное утверждение?
К самому понятию поле можно относиться по-разному. Например, исходя из релятивистской теории поля - это физическая реальность. В этой теории нельзя говорить о непосредственном взаимодействии частиц, находящихся на расстоянии друг от друга (дальнодействие). Взаимодействие может происходить в каждый момент времени лишь между соседними точками пространства (близкодействие). Поэтому, говоря о взаимодействии, предполагается, что вначале происходит взаимодействие одной частицы с полем и лишь затем последующее взаимодействие поля с другой частицей.
В квантовой теории - поле это объект, значение которого есть в каждой точке пространства и времени. Квантовое поле описывает вероятность того, что в определённой точке пространства появится частица, а частица — это квант этого поля. Важно! Поле заполняет пространство, то есть оно есть отдельная, независимая сущность. Квантовая механика ставит в соответствие каждой частице - поле её волновой функции, дающее распределение различных относящихся к частице физических величин. Однако волновую функцию нельзя трактовать как реальную физическую сущность. Это именно математическая сущность, описывающая волновые формы.
Серьёзным преимуществом копенгагенской интерпретации следует признать то, что она не использует детальных высказываний о непосредственно физически не наблюдаемых величинах и при минимуме используемых предпосылок выстраивает систему понятий, которые исчерпывающим образом описывают имеющиеся на сегодня экспериментальные факты. Получаем, что в условиях, когда имеется некая неопределённость и вероятностный характер в обработке данных мы, тем не менее, способны получать удовлетворяющие нас результаты.
Тем не менее многие физики и философы не соглашаются с копенгагенской интерпретацией, как потому, что она не детерминистична, так и потому, что она вводит неопределённое понятие измерения, которое превращает вероятностные функции в достоверные результаты измерений. В частности, Эйнштейн был убежден в неполноте описания физической реальности, даваемого квантовой механикой в её копенгагенской интерпретации:
Думать так логически допустимо, но это настолько противоречит моему научному инстинкту, что я не могу отказаться от поисков более полной концепции.
Аналогично вызывает проблемы необходимый «мгновенный» коллапс волновой функции во всём пространстве. Теория относительности Эйнштейна говорит, что мгновенность, одновременность, имеет смысл только для наблюдателей, находящихся в одной системе отсчёта — не существует единого для всех времени, поэтому мгновенный коллапс тоже остаётся не определён.
Последнее, кстати, и есть та проблема, которая на мой взгляд наиболее интересна и была отмечена выше, как прецедент относительно нашего восприятия существования физических тел в конкретном, строго определённом месте пространства. По сути именно квантовую запутанность представляют эквивалентом квантовой нелокальности. Когда речь идёт о коллапсе волновой функции, то подразумевается мгновенное изменение состояние связанных частиц и, следовательно, нарушение принципа локальности.
На самом деле, запутанность состояния, в котором находятся две частицы, является необходимым, но не достаточным условием для того, чтобы это состояние было нелокальным. Нелокальность определяется экспериментальной статистикой и гораздо больше связана с основами и интерпретацией квантовой механики. Тем не менее, рассматривая запутанность, мы как минимум будем иметь необходимое условие для того, чтобы понять насколько Процессная модель близка к действительности хотя бы в таких вопросах.
С другой стороны, следует ли соглашаться с тем, что физический мир сам по себе является либо допускает «нелокальность». На примере копенгагенской интерпретации уже становится понятно, что квантовая механика в большей степени есть математическая теория, которая очень близко, но тем не менее не полностью согласуется с физической реальностью. Сам факт проявления нелокальности в любой теории должен говорить нам о многом. Если принципиально принять, что скорость света - это предел, то нарушение этого условия может означать лишь одно - необходимо пересматривать либо вовсе отказываться от такой теории.
Формально в настоящий момент нечто подобное и происходит. Даже возникла целая дисциплина, такая как Квантовые основы, которая стремится понять самые противоречивые аспекты квантовой теории, переформулировать их и даже предложить новые обобщения. В отличие от других физических теорий, таких как общая теория относительности, в квантовой теории определяющие аксиомы довольно случайны, без явной физической интуиции. Хотя они приводят к правильным экспериментальным прогнозам, они не дают мысленного представления о мире, который они описывают. Среди различных подходов по устранению этого концептуального разрыва, в том числе, присутствует направление, предполагающее полный отказ от квантовой теории и создание другой модели мира.
Итак имеем, что современная квантовая теория оказывается динамичным и активно развивающимся направлением не одной лишь физики, но и многих других наук. Философии в том числе. Во второй части данной статьи у меня есть намерение дополнить всё выше сказанное интересным видением понятие квантовой запутанности с позиции философии процесса.