Главная Физика Проблема измерения остается, иногда мы не верим своим приборам

Проблема измерения в квантовой механике. Как она решается?

С первых дней существования квантовой механики физики и философы утверждали, что решение проблемы измерения требует рационализации сознательных наблюдателей, пишет Альтернативная наука.

Квантовая механика остается успешной физической теорией благодаря своим точным эмпирическим предсказаниям. Но в ее основе лежит ключевая загадка: проблема измерения.

Кажется, что существует конфликт между тем, что нам говорит уравнение Шредингера, а именно, что система, описываемая волновой функцией, может находиться в состоянии суперпозиции, инстанцируя очевидно противоречивые свойства, и тем, что диктует опыт, когда мы проводим измерение ограниченной нами системы. При этом мы получаем один, определенный результат, а не суперпозицию.

Если использовать мысленный эксперимент Шредингера, квантовая механика, казалось бы, подразумевает, что кошка может быть одновременно и живой, и мертвой, но нам доступны только живые или мертвые животные.

Время от времени ученые предлагают решения проблемы измерения, в том числе и математические инновации, например, теорию скрытых переменных. Она предполагает, что волновая функция не является полным описанием системы, а лишь устраняет состояния суперпозиции.

В то же время многомировая интерпретация, которая endth;lftn, что суперпозиции выражаются в различных вселенных, каждая из которых имеет один определенный результат, более соответствует истине. В определенной логике, которая не означает, что она истинна.

То есть априори должны существовать некие рациональные паттерны, по которым проводится любой — математический или физический - анализ.И измерение.

Проблема измерения

В 1995 году Тим Модлин дал точную формулировку проблемы измерения. Согласно его определению, проблема измерения возникает из-за несовместимости следующих трех утверждений:

  • (C1) волновая функция физической системы является полным описанием системы;
  • (C2) волновая функция всегда развивается в соответствии с линейным динамическим уравнением, наподобие уравнению редингера;
  • (C3) измерение дает единственный определенный результат.

Существует три основных подхода к решению сформулированной таким образом проблемы измерения.

Сабина Хоссенфельдер: Если дерево падает в лесу, распадается ли оно и остается в смешанном состоянии упавшего и не упавшего, пока я не приду и не обновлю волновую функцию?

Первый подход заключается в отрицании утверждения (C1) и в переопределении скрытых переменных, а также соответствующей динамики для объяснения однозначных результатов измерения. Именно таким образом появилась теория пилотных волн де Бройля и Бома, или бохмианская механика.

Второй подход заключается в отрицании утверждения (C2) и пересмотре линейного уравнения Шредингера путем добавления определенных стохастических членов, которые описывают динамический коллапс волновой функции. Такие теории называются теориями коллапса.

Третий подход заключается в отрицании утверждения (C3) и предполагают существование множества одинаково реальных миров, где «размещаются» все возможные результаты измерений. Результаты измерений однозначны в каждом отдельном мире, включая наш мир. Данный подход - теория Эверетта или многомировая интерпретацией квантовой механики.

Стрелка измерительного прибора

До сих пор мы не говорили о наблюдателях. Недавно Чалмерс и МакКуин (2022) дали строгую и полную формулировку гипотезы, основанную на Интегрированной информационной теории (ИИТ). По своей сути, очень напоминает мифологию эфира, только в "цифровой" оболочке.

 

Другая гипотеза утверждает, что коллапса волновой функции нет, - это всего лишь эффект рационального объяснения того, что остается необъяснимым. То, что может существовать математически, но не обязательно проявляться как явление физиеское.

Данная гипотеза предложена Пенроузом и Хамероффом (1996, 2014), и ее назвали моделью оркестрованного редукционизма.

Многие исследователи полагают, что две гипотезы слишком радикальны, чтобы быть правдой, хотя эксперименты еще не дали нам окончательного ответа. И выводы пока делать рано.

Когда вы наблюдаете, что стрелка измерительного прибора указывает на определенное положение после измерения, действительно ли вы уверены, что стрелка указывает на определенное положение?

Повседневный опыт дает однозначный положительный ответ. Но физики до сих пор не знают, что более реально — стрелка, ее положение или вычисляемая переменная. На самом деле мы получаем определенную запись после измерения. На этом все. Остальное — интерпретация на основе априорно выбранной теории, в которую мы верим (то есть она аксиоматична и не верифицируется).

 

И мы не способны указать, действительно ли измерительный прибор получает определенный результат после измерения. У нас есть математический знак, показатель, но не измеренное значение как таковое.

А представьте себе, что происходит, когда ожидаемый результат не совпадает с теоретической константой?

Правильно. Мы ищем ошибку в математике. Хотя на самом деле необходимо в корне менять методологию. Или предварительный концепт. Однако вера неизменно оказывается важнее знания.