Главная Физика Мнение: квантовая механика ничего не объясняет и завершает свою историю

Квантовая механика: теория, которая завершает свою историю

Физика очень важна. Мы полностью доверяем науке и с ее помощью объясняем законы природы. Собственно говоря, научные представления, природа и технологическое будущее неразличимы друг от друга, пишет Альтернативная наука.

Мы убеждены, что в основе физики как научной дисциплины лежат фундаментальные теории пространства и времени, материи и света. Глупо отрицать эту истину.

Как и то, что физики довольствуются фундаментальными теориями, которые остаются практически неизменными на протяжении веков. Такие теории достаточно хороши для практических целей, ибо они проверены и фактологически доказаны.

Но когда ученые исследуют физику очень быстрых или очень малых феноменов, или размышляют о крупномасштабной структуре Вселенной, возникают проблемы. Потому что молодые теории появились столетие назад, а то и еще позже. Достаточно вспомнить о квантовой механике, которая еще не выросла до полноценной «железобетонной» теории, а также об общей теории относительности Альберта Эйнштейна, до сих пор проверяемой на макроуровне. Просто потому, что мы пока не в состоянии достичь скоростей, близких к световым.

Но если механика - это та часть физики, которая исследует подвижные макрообъекты, то квантовая механика сконцентрирована на теории движения материи и света в микромире. Это царство молекул, атомов, субатомных частиц и фотонов - квантов света.

Если вы хотите выяснить, как живет электрон, перемещаясь во времени и в пространстве, то вам нужно обратиться именно к квантовой механике.

Но здесь есть проблема.

Альберт Эйнштейн и квантовая механика

Квантовая механика была открыта и разработана в основном европейскими физиками в середине и конце 1920-х годов.

Пионеры квантовой физики слишком хорошо понимали, за что они ввязались. Дело в том, что к началу ХХ века оформился кризис понятийного аппарата в «старой» механике.

Казалось бы, квантовая механика должна была «перезапустить» философские основы любой научной теории, в частности, переопределить категорию целеполагания.

Однако этого не произошло. Философские дебаты спровоцировали появление двух крайних полюсов в научном мире. Первый лагерь возглавил Эйнштейн, второй - датский физик Нильс Бор.

Небольшое сообщество квантовых физиков разделилось на два противоположных лагеря. Немного позже британский философ Карл Поппер назвал эту поляризацию расколом.

А все почему?

В центре дебатов была физическая интерпретация центрального понятия теории - математического объекта, впоследствии названного волновой функцией.

Волновая функция была введена как способ математической интерпретации экспериментального поведения, демонстрируемого микрофеноменами. На тот момент речь шла исключительно об электронах.

При определенных обстоятельствах поведение частиц описывалось в терминах самодостаточных объектов, локализованных по мере их перемещения в пространстве.

Но в других (и взаимоисключающих) обстоятельствах то же самое поведение трактовалось как движение нелокализованных волн.

Волновая функция как раз учитывает «двойную природу» частиц. Физики давно нашли способ описания и волнообразных свойств и массы. Которая постоянно «маневрирует», переходя в стадию вероятностного события в в одном месте и в определенный момент времени.

Что такое эффект наблюдателя?

В итоге, объективная реальность перестала быть константой, как того требовала предшествующая физика.

Загвоздка в том, что волновой функции нет. Мы ее никогда не наблюдаем. Если мы «проталкиваем» электрон через какое-то препятствие, мы только представляем, что он дифрагирует, распространяясь, подобно морской волне, во всех направлениях в пространстве.

Если мы позволим этому электрону попасть на экран, покрытый фотографической эмульсией, то обнаружим, что электрон оставляет единственное яркое пятно в определенной точке экрана.

Повторяя опыт со все большим количеством электронов, мы получим дифракционную картину состоящую из множества отдельных пятен, каждое из которых «говорит» о существовании конкретной частицы.

Где появится следующее пятно? У нас нет возможности узнать это заранее. Все, что мы можем сделать, это использовать волновую функцию для расчета вероятности того, что следующий электрон будет обнаружен здесь, или там, или вон там.

Какой можно сделать вывод?

Если мы интерпретируем волновую функцию реалистично, как осязаемую физическую вещь, то мы должны понять, как она "схлопывается", создая пятно только в одном месте экрана.

Такой коллапс подразумевает то, что Эйнштейн в 1927 году назвал "совершенно особым механизмом действия на расстоянии". По сути, это анафема призрачных физических эффектов, передаваемых мгновенно через пространство без видимой непосредственной причины, которую сейчас принято называть "проблемой измерения".

Для Эйнштейна отсутствие какого-либо физического объяснения того, как это должно происходить, означало, что чего-то не хватает; что квантовая механика в некотором роде неполна.

Нильс Бор не согласился. Он утверждал, что в квантовой механике мы достигли фундаментального предела. По логике датчанина, то, что мы наблюдаем, - это квантовое поведение, спроецированное на наш классический мир непосредственного опыта.

Поскольку мы не можем выйти за пределы этого опыта, мы должны признать, что волновая функция не имеет никакого физического значения, кроме ее значимости для расчета вероятностей.

Мы должны довольствоваться "чисто символическим" математическим формализмом, который вроде бы как работает.

Волновая функция не коллапсирует (и нет никакого особенного действия на расстоянии), потому что она не существует, и потому нет проблемы измерения.

Другими словами, все, что мы можем знать, - это лишь пятно на экране, возникающее в результате эксперимента. Мы никогда не сможем узнать, чем на самом деле является электрон. Как и другие частицы.

Подобная эмпирическая интерпретация, которая считает квантовую теорию в значительной степени бессмысленной, использует ее только в качестве инструмента нашего опыта.

Это не означает отрицания объективной реальности, равно как и ненаблюдаемых электронов, какими бы они ни были.

Но факт в том, что нет точного соответствия между волновой функцией и тем, что она якобы описывает.

Формализм, по-видимому, просто кодирует наш опыт таким образом, что мы можем рассчитать вероятность квантовых событиях, исходя из наших же математических представлений. Событие происходит тогда, когда появляется его описание. Квантовая механика умерла, и нам просто нужно с этим смириться.