Американский физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман: — “Думаю, я могу ответственно заявить, что никто не понимает квантовую механику. Если есть возможность, прекратите спрашивать себя «Да как же это возможно?» — так как вас занесёт в тупик, из которого ещё никто не выбирался”.
В научно-популярных СМИ широко обсуждается такое явление как «квантовая запутанность». Его суть в том, что несколько элементарных (и не только) частиц могут «запутаться» при взаимодействии и каким-то образом синхронизировать свои параметры, находясь на большом расстоянии друг от друга. Как бы нарушая при этом один из основных постулатов нашей Вселенной – невозможность передачи информации быстрее скорости света.
Существует ряд гипотез, которые пытаются как-то это объяснить, но единого мнения по ним нет до сих пор. Опрос среди тридцати трёх участников конференции «Квантовая механика и природа реальности» показал, что 42 % из них поддерживают так называемую копенгагенскую интерпретацию, 24 % — теорию квантовой информации, 18 % — многомировую интерпретацию квантовой механики, а 9 % придерживаются интерпретации Роджера Пенроуза об объективности коллапса волновой функции.
Несмотря на сложности с интерпретацией квантовой запутанности, Нобелевской премии по физике 2022 года были удостоены Ален Аспе из Франции, Джон Клаузер из США и Антон Цайлингер из Австрии «за эксперименты с запутанными фотонами, установление нарушения неравенств Белла и новаторство в квантовой информатике».
В этой публикации я рискну предложить свою гипотезу (см. далее «Гипотеза о частичной локализации квази-процессов в виде квантовых частиц»), которая будет исходить из анализа возможностей восприятия Мира субъектами. То есть, по моему мнению, для объяснения многих явлений и процессов Мира важно не только изучать сами эти явления и процессы, но также понимать, как они могут восприниматься на субъективном уровне.
Потому что (более подробно здесь) вся наша реальность весьма условна и любому, даже самому продвинутому субъекту Мир представлен в несколько упрощённом виде. И никакой субъект не способен воспринять Мир всестороннее полно и максимально глубоко.
В данной публикации под «субъектом» мы будем понимать всё человечество, которое, как я полагаю, воспринимает Мир своим особенным, субъективным образом.
Начнём с некоторых, предваряющих гипотезу, пояснений из курса физики
1) Говоря о том, что некие объекты нашего мира взаимосвязаны (в квантовой механике используется также термин «запутаны») мы подразумеваем, что изменения, происходящие с одним из объектов отразятся, так или иначе, и на других взаимосвязанных с ним объектах.
2) Мы предполагаем, что если система взаимосвязанных объектов замкнута, то некоторые из основных, характеризующих данную замкнутую систему параметров, должны оставаться неизменными при любых взаимодействиях объектов внутри этой системы. (Очевидно, в этом законе проявляется некий основной принцип стабильности нашего мира).
3) Рассуждая о микромире, исследователи в основном оперируют понятиями «квантового поля» и «квантовых частиц», считая, что по «квантовому полю» могут распространяться некоторые его возмущения (или вероятности) в виде поперечных волн различной частоты и амплитуды. Причём эти волны способны и интерферировать между собой. Непосредственно наблюдать «квантовое поле» невозможно, оно достаточно абстрактно, и в нашем реальном мире мы можем наблюдать только некие проявления, флуктуации этого поля в виде дискретных «квантовых частиц», обладающих теми или иными условными (я так полагаю) «квантовыми параметрами». Люди создали хорошо работающий математический аппарат для получения решений на микроуровне, но его интерпретации сталкиваются со сложностями, так как законы микромира уж очень сильно отличается от законов макромира.
4) Одним из важных отличий микромира от макромира является то, что любое проводимое измерение в микромире практически сравнимо с энергией исследуемых квантовых процессов и оказывает на них влияние, которое нельзя не учитывать.
Если коротко, то микромир можно описать так – мы не знаем, что происходит в Мире «на самом деле», но нам, субъектам-людям, Мир на микроуровне представлен в виде полу-абстрактных, обладающих некоей энергией квантовых полей, по которым распространяются волны возмущений (вероятностей) способные интерферировать. Но мы можем воспринимать их только в виде дискретных материальных частиц, которые могут быть, так или иначе, связанны друг с другом.
Введём пять новых понятий, которые пригодятся нам в описании гипотезы
· глобальный Мир
· действительный мир или Представление
· реальный мир
· квази-процесс
· проявление-локализация или материализация квази-процесса
В моей философской концепции Мир «сам по себе» существует независимо от любого наблюдателя, субъекта. Он бесконечен, вечен и находится в постоянном движении, самообновлении. При этом Мир также бесконечно многообразен, взаимосвязан и не может быть постигнут никаким субъектом всестороннее полно и максимально глубоко. Его я буду называть «глобальным Миром» или просто «Миром» с большой буквы.
Глобальный Мир представлен каждому субъекту особенным образом, в виде «действительного для него мира», состоящего из действительных именно для данного субъекта сущностей (форм). Если Мир представлен примерно одинаково для нескольких субъектов (например, для всех людей) то мы будем называть его «реальным миром».
Я полагаю, что в глобальном Мире происходят некие «квази-процессы», которые различным субъектам представляются по-разному и постичь которые во всей их глубине и взаимосвязи ни один субъект не в состоянии, в силу своей принципиальной ограниченности. Проявление некоего квази-процесса в действительном мире субъекта я буду называть также и «локализацией этого квази-процесса» для данного субъекта.
По моему мнению, Мир «сам по себе», «квази-процессы» Мира не могут воздействовать на субъекта напрямую, а только через свои проявленные, локализованные в действительном мире данного субъекта сущности (формы). Некий «квази-процесс» глобального Мира, получает определённое субъективное «оформление» «форму» в действительном мире субъекта и таким образом проявляется-локализуется в нём.
Гипотеза о частичной локализации квази-процессов в виде квантовых частиц
Эксперт в области криптографии Ник Сабо определяет квантовое мышление как способность видеть проблему со всех сторон, одновременно соглашаться и не соглашаться с аргументами.
Моя гипотеза довольно спорная, поэтому приветствуются комментарии вдумчивых и конструктивных читателей Хабра. Постараюсь описать её самыми простыми словами.
На мой взгляд, каждой квантовой частице в реальном мире субъекта-человека соответствует некий невоспринимаемый нами напрямую квази-процесс в глобальном Мире. То есть квантовые частицы – это, по сути, проявление-локализация неких квази-процессов глобального Мира в реальном мире субъекта-человека. А возможность такой локализации частиц, вероятность их проявления в реальном мире мы и называем «квантовым полем».
Допустим в нашем реальном (человеческом) мире имеются некие квантовые частицы (А) и (В), которым в глобальном Мире как-то соответствуют квази-процесс (А) и квази-процесс (В). Эти частицы (А) и (В) провзаимодействовали между собой и стали «запутанными». В нашей гипотезе это означает, что им теперь в глобальном Мире соответствует некий квази-процесс (А+В), который на данном этапе представлен субъекту-наблюдателю-человеку в виде квантового поля вероятности проявления-локализации частиц (А) и (В).
Мы считаем, что частицы (А) и (В) составляют замкнутую систему, характеризуемую некоторыми параметрами, в том числе и таким параметром как «собственный момент импульса», который допустим, в данном примере, нейтрален или равен нулю. (На самом деле мы не знаем, что из себя представляет «собственный момент импульса квантовой частицы», но мы как-то можем отличить этот условно вводимый нами параметр от других, также условных параметров частицы и даже определять его какую-то его величину.)
Если мы интерпретируем квантовое поле как поле вероятности проявления-локализации квази-процесса глобального Мира в реальном мире субъекта-человека, а квантовую частицу интерпретируем как само проявление-локализацию этого квази-процесса в реальном мире, то моменту проявления-локализации квази-процесса будет соответствовать, так называемые «схлопывание или коллапс» волновой функции этой частицы (или иначе «редукция фон Неймана» — мгновенное изменение описания квантового состояния объекта, происходящее при измерении).
Но если в некоей одной точке нашего реального пространства мы только как-то частично проявили-локализовали квази-процесс, то в этот же момент должно меняться всё поле вероятности локализации данного квази-процесса, и оно уже будет соответствовать частично локализованному квази-процессу.
Теперь если мы в другой точке нашего пространства будем локализовать вторую часть этого же квази-процесса, то эта часть неизбежно будет дополнять весь квази-процесс (так, как он вообще, в принципе, может быть нам представлен). И если он имел некоторые характеристики и внешнего вмешательства в данную систему не было, то вторая проявленная часть квази-процесса должна дополнять первую проявленную часть.
То есть неважно насколько частично квази-процесс может быть локализован в реальном мире, характеристики его не должны меняться, если система замкнута. Например, если в момент локализации первой части квази-процесса (А+В) частицу (А) наблюдатель сориентировал так, что она получила спин (+1), то в этот же момент ещё не локализованная часть квази-процесса (А+В) должна приобрести спин (-1), чтобы система связанных частиц по прежнему была нейтральна по моменту импульса (так как задачей внешнего вмешательства не было изменение момента импульса всей системы). И когда мы локализуем вторую часть квази-процесса (А+В) то обнаружим её со спином (-1).
Таким образом, новая интерпретация «квантовой запутанности» заключается в том, что мы предполагаем наличие непознаваемой в принципе части Мира, в которой происходят некие квази-процессы, которые так или иначе проявляются-локализуются в реальном, материальном мире субъекта-человека и через которые также происходит и взаимодействие воспринимаемых и познаваемых нами материальных объектов.
И суть предлагаемой гипотезы в том, что влияя на один из связанных (запутанных) объектов, мы, тем самым, влияем на некий невоспринимаемый нами непосредственно квази-процесс. Проявлением части которого и является объект, на которую мы воздействуем.
Сам квази-процесс в то же мгновение меняется и меняет всё соответствующее ему квантовое поле на всей его протяжённости одномоментно, но с сохранением каких-то своих неизменяемых параметров (в частности собственного момента импульса). И если мы теперь хотим локализовать, проявить вторую часть этого квази-процесса в виде второй частицы (объекта), то она неизбежно будет учитывать изменение, которое внесено в квази-процесс, а значит и соответствующее ему квантовое поле, манипуляцией с первой частицей (объектом).
Простые возможные аналогии
Для некоторой визуализации того, как связаны частицы (А) и (В) в квази-процессе воспользуемся простой аналогией с шестерёнками. Если вы повернёте одну из соприкасающихся зубьями шестерёнок по часовой стрелке, другая, связанная (запутанная) с ней шестерёнка в этот же момент провернётся против часовой стрелки. Примерно таким же образом можно представить и взаимодействие запутанных частиц в квази-процессе.
Мгновенное изменение квантового поля в момент локализации первой частицы (А) можно описать следующей аналогией. Предположим, что мощный прожектор, состоящий из двух ламп, освещает футбольное поле. Причём каждую из ламп включают операторы, сидящие в противоположных концах этого поля. По условию, оператор (В) должен включать свою лампу сразу после того, как включит свою лампу оператор (А). Но он не получает указание на это от оператора (А) непосредственно, а наблюдает за освещённостью поля. Если он замечает, что поле частично осветилось, он понимает, что оператор (А) включил свою лампу и тогда оператор (В) включает свою лампу тоже. То есть некая информация не передаётся от точки (А) к точке (В) напрямую. Событие (А) вызывает изменение всей системы (А+В) которое в свою очередь приводит к событию (В).
Также и в случае с запутанными частицами (А+В). Изменение одной из них (А) не влияет напрямую на другую частицу, а приводит к таким изменениям квантового поля, которое и влияет в итоге на возможное проявление-локализацию частицы (В).
В этом случае мы не можем сказать, что информация от частицы (А) к частице (В) передалась быстрее скорости света, потому что как таковой передачи информации в нашем реальном мире между ними не было. Было влияние на некоего полу-абстрактного, «нереального» посредника, который проявился-локализовался во второй точке пространства (В) с учётом предыдущей своей частичной локализации в первой точке пространства (А). А уж что там и как происходит в «нереальном» глобальном Мире нам не ведомо.
Это не проблема Мира, если вы что-то не воспринимаете или не можете описать привычным вам способом. Это ваша субъективная проблема, скорее всего. Вы можете создавать модели и вводить те или иные новые параметры-определения для описания происходящего более удобные для вас в каждом отдельном случае.
Квантовая запутанность и мгновенная синхронизация параметров частиц вполне реальны и уже начинают использоваться практически в криптографии, компьютерных технологиях и квантовой телепортации, впервые продемонстрированной Цайлингером и соавторами в 1997 году. Также исследователи пришли к некоторому согласию о существовании непознаваемой пока части Мира в виде тёмной материи и тёмной энергии. Согласно данным наблюдений космической обсерватории «Планк», общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной состоит на 4,9 % из обычной (барионной) материи, на 26,8 % из тёмной материи и на 68,3 % из тёмной энергии. Таким образом, Вселенная на 95,1 % состоит из тёмной материи и тёмной энергии. И научному сообществу это всё надо как-то интерпретировать.
Примечание
По идее, должна быть некоторая временная разница между событиями (А) и (В), чтобы мы вообще могли говорить о какой-то последовательности, связанности событий (А) и (В). Но в Специальной Теории Относительности одновременность событий понятие относительное. В некоей инерциальной системе события (А) и (В) могут быть мгновенными или даже вообще поменяться местами. Но на нашу интерпретацию это никак не влияет. Она работает в обоих направлениях одинаково. Неважно, что локализовалось сначала частица (А) или частица (В), их спины должны быть противоположными, если на общий спин системы влияние не оказывалось и он не менялся по определению.
Александр Коробов, физик, философ
