В научпоп статьях просто немерено разной информации про квантовую физику. Это хорошо, но формулируются они излишне эмоционально. Такое ощущение, что это делается специально, чтобы добавить драматизма всему происходящему. Если посмотреть на проблему свежим взглядом, то квантовая физика конечно отличается от классической, но точно не тем, что описывает существование ведьм или волшебного шара.
Запомните главное. Квантовая теория не является описанием «мира». Это теория, которая полностью посвящена нашим актам измерения. Вот почему в математике теории есть явное представление наблюдателя/инструмента — «оператор измерения».
В статьях вы прочитаете: «Прежде, чем вы измерите положение электрона, электрон находится в двух местах одновременно». Это вводит в заблуждение.
Правильные слова: «Прежде чем вы измерите, есть два результата, которые ваше измерение может получить». После измерения вы знаете, где находится электрон, поэтому математика обязательно должна этому соответствовать. Поэтому вы просто заменяете вектор состояния на определенный. Или вот вам старый добрый кот.
«Прежде чем вы посмотрите в ящик, кот и жив, и мертв».
Правильно было бы: «Прежде чем вы посмотрите, ваши будущие измерения могут показать, что кот либо жив, либо мертв». После того, как вы посмотрите, вы узнаете реальность, поэтому вы заменяете это состояние суперпозиции на состояние, отражающее нынешнее известное состояние кота.
Вектор состояния не описывает мир. Он описывает возможности, связанные с вашим (будущим) измерением.
Но тут нужно быть осторожным. Эти способы формулировки вещей заставляют ситуации звучать почти как классические. Действительно... А чем тогда это отличается от формулировки: частица может находиться в такой-то координате, а может и в такой-то. Ну а узнаем мы это логично после измерения. И это совсем не так - есть разница между квантовой суперпозицией и классическими предсказаниями. Разница в том, что вы могли бы знать.
Допустим, у вас есть «квантовая монета». Вы подбрасываете ее и бросаете на стол. До того, как вы посмотрите на монету, она находится в квантовой суперпозиции, отражающей 50% орлов и 50% решек. И это все, что вы можете знать о монете, даже в теории. В этом случае нет понятия «если бы мы точно знали, как мы подбросили монету и как именно на нее подул ветер, мы могли бы теоретически это предсказать». Мы исключили все это, определив это как квантовую ситуацию.
По предположению, когда у вас есть суперпозиция, нет никакой скрытой информации, которую вы могли бы использовать, чтобы угадать «реальное» состояние монеты.
Это истинно неизвестное, и именно поэтому мы должны представить его суперпозицией. Тут стоит обсудить скрытые параметры и мы уже делали это. Но всё упирается в теорию хаоса. На самом деле, я сам в полном объёме это не понимаю, но точно понимаю, что это не два состояния одновременно. Это два варианта. Про скрытые параметры мы ещё побеседуем и я, скорее всего, запишу ещё один ролик об этом.
С другой стороны, логично, что с классической монетой мы допускаем эти скрытые сценарии, и это означает, что где-то там, в окружающей среде, есть «запись» всех этих мелких деталей, и эти вещи ограничивают состояние монеты.
На этот раз наше описание монеты - это классическое смешанное состояние - вероятности просто отражают тот факт, что мы не собрали информацию из окружающей среды, которая решит проблему. Это очень важное различие, но оно реально. Его хорошо понимают люди, которые пытаются проектировать квантовые компьютеры.
Это различие становится очевидным, когда вы начинаете изучать этот материал с точки зрения теории информации, и в частности с концепцией энтропии фон Неймана. В случае квантовой монеты энтропия фон Неймана равна нулю. Вы знаете все, что можете знать о монете, - что она находится в состоянии суперпозиции. В классическом случае, однако, информация существует где-то, о чем вы просто не знаете, и это означает, что энтропия не равна нулю. Есть разница между информацией, которая просто скрыта, и информацией, которая еще не существует.
Опять же, эта путаница немного проясняется, если вспомнить, что теория касается вашего конкретного измерения. В классическом случае мы описываем монету - очевидно, она находится в каком-то положении под вашей рукой, о котором мы просто не знаем. Но в квантовом случае мы описываем измерение (ваш акт смотрения под вашу руку), которое еще не произошло. Невыполненное измерение не имеет результата - результат не существует. Но существуют вероятные варианты. Повторюсь, я сам никак не могу пропустить это через себя, но понимаю, что все упрощенные формулировки выхватывают верхи и не описывают саму физику.
Математики описывают это так. Оказывается, если вы используете матрицы плотности для представления состояния вашей системы вместо векторов состояния, вы можете охватить обе эти ситуации в одной сущности. Матрица плотности для квантовой монеты будет иметь ненулевые недиагональные члены. Матрица плотности для классической монеты будет диагональной. Недиагональные члены стали равными нулю. Когда вы слышите описания декогеренции, говорят, что этот процесс «приводит недиагональные члены к нулю». Вот что такое «коллапс». Собственно, однажды на хабре я обсуждал это в комментариях и мне тогда сказали, что пока вы не узнаете досконально математическое описание проблемы, кот так и будет жив и мёртв. Возможно это и правда так.
Я не думаю, что это полностью верно - в теории нет описания того, что «есть» коллапс. На практике это происходит, когда мы смотрим на результат измерения и делаем это путем фиктивной замены вектора состояния. Мы делаем это вручную - теория не связывает с этим никакой физики.
Итак, суть в том, что с этими явлениями происходит что-то странное. Они не классические. Но теория на самом деле не говорит нам, что это за нечто . Фактические математические вычисления, которые мы проводим, когда анализируем ситуации, на самом деле касаются измерений, которые мы собираемся сделать, а не всего мира. Что на самом деле происходит в мире, заставляя все это «работать», остается загадкой.
Иногда вы слышите, что это связано с сознанием. Так ли это? Официальная наука в принципе ничего не знает о сознании. Поэтому мы, безусловно, не в состоянии заявить с какой-либо уверенностью, что квантовая физика и сознание связаны. Всегда возникает соблазн взять две тайны и предположить, что они связаны.
Не забывайте ставить лайки 👍 и подписываться на канал ✔️, если материал понравился! Так вы увидите больше интересных статей, а моему каналу это поможет развиваться.