Решение «парадокса кота» на основе статистической интерпретации квантовой механики – аргумент в её пользу.

Содержание.  ⇑ 

1. Введение. 
2. Двойной стандарт квантовой механики.
3. Решение парадокса Шредингера.
4. Заключение.
5. Литература.   

1. Введение.  ⇑ 

В 20-х годах прошлого века в результате принятия постулата Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме в квантовой механике возникла «проблема измерения». Она состоит в том, что волновые свойства, приписанные согласно постулату каждой частице, при измерении не проявляются. Проблема измерения не решена до сих пор. В [1] показано, что для решения этой проблемы надо отказаться от корпускулярно-волнового дуализма в пользу статистической интерпретации квантовой механики, и предложен способ экспериментального подтверждения необходимости такого шага. Получить дополнительные аргументы, подкрепляющие такой вывод, и наглядно сравнить  корректность обеих интерпретаций можно, анализируя и решая парадоксы квантовой механики, в которых сконцентрирована суть проблемы измерения. Убедимся в этом, решая широко известный «парадокс кота», сформулированный Шредингером.  

2. Двойной стандарт квантовой механики.  ⇑  

«Парадокс кота» – это мысленный эксперимент, в котором между состоянием нестабильного атома и кота устанавливается однозначная причинно-следственная связь: кот жив, пока атом цел, а когда атом распадается, кот погибает. В принципе, неважно, какой механизм эту связь обеспечивает, главное, что такая связь возможна. По сути, это прибор, в котором кот является индикатором состояния атома. Пока мы наблюдаем прибор, противоречий нет – и кот, и атом описываются однозначно и согласованно. Но Шредингер предложил спрятать этот прибор в закрытый ящик, и тут, возникает парадокс, который наглядно выявляет некорректность принятого в квантовой механике двойного стандарта в отношении к макро- и микрообъектам.

• В отношении кота (макрообъекта) полагается, что, поскольку при открытом ящике его состояние однозначно, то таково же оно и в закрытом ящике – он либо жив, либо мёртв, в чём, как пишет Шредингер, в любой момент легко убедиться, открыв ящик. Таким образом, полагается, что неопределенность возникает субъективно – из-за отсутствия у наблюдателя информации о текущем состоянии кота, а его объективное состояние всегда однозначно.
• К атому (микрообъекту) применяется другая логика – корпускулярно-волновой дуализм. Несмотря на то, что состояние атома при открытом ящике также всегда однозначно, и эта однозначность также в любой момент подтверждается при вскрытии ящика, полагается, что в закрытом ящике атом объективно находится в неоднозначном состоянии (в суперпозиции состояний).

Таким образом, наблюдаемые при открытом ящике однозначные состояния атома и кота экстраполируются в закрытый ящик по разным правилам, а возможность задать между ними однозначную и неизменную причинно-следственную связь не допускает этой разницы – правила должны быть одинаковы.

Этот двойной стандарт приводит в мысленном эксперименте Шредингера к весьма примечательному абсурду, похоже, ещё не обсуждавшемуся. Дело в том, что пока кота никто не видит, нет и причины для его гибели, ибо атом существует в неоднозначном состоянии, а, согласно установленной между атомом и котом связи, причина – это переход атома в однозначное состояние распада. Тогда убить кота может только наблюдатель. Взглянув на кота, он выводит атом из неоднозначного состояния и, если реализуется состояние распада, то мгновенно убивает кота … взглядом! Не взгляни он на кота – ничего бы и не случилось, состояние атома осталось бы неоднозначным, а кот – живым.

Возможность такого мистического нарушения причинности, вытекающая из постулата де Бройля, заставляет усомниться в его корректности. Характерно, что ученые, которые принимают этот двойной стандарт в качестве постулата квантовой механики и добросовестно пытаются вывести из него решение проблемы измерения, в конечном счете, вынуждены прийти, по сути, к тем же абсурдным выводам, которые здесь продемонстрированы. Это сомнения в принципе причинности, допущения о прямом влиянии сознания на реальность или отрицание, в той или иной форме, существования самой единой для всех объективной реальности [2].  

3. Решение парадокса Шредингера.  ⇑  

В рамках статистической интерпретации квантовой механики с учётом концепции «Информация-структура» [3,4] «парадокс кота» решается без противоречий и мистики. Надо лишь иметь в виду, что информация распространяется по причинно-следственным связям при взаимодействиях, а наблюдатель субъективен.

Когда ящик закрыт, наблюдатель не имеет информации о том, жив кот или мёртв, и, соответственно, распался атом или нет, поскольку не взаимодействует с ними. Он может лишь предполагать их состояния. Предположения строятся наблюдателем на основании ранее полученной информации о видах объектов. Он наблюдал уже много атомов и котов и накопил статистику, которая показывает, что для обоих видов имеется суперпозиция из двух возможных состояний или из двух возможностей: исходной и конечной. Вероятность реализации первой возможности со временем понижается, а второй – растёт. То есть, суперпозиция возможностей для атомов и котов изменяется, в общем, одинаково, и, если в ящик посадить только кота, то закономерность та же, что и для отдельного атома: чем позже вскрыт ящик, тем меньше вероятность найти кота живым, а атом целым. Таким образом, вероятностное описание и для кота, и для атома в закрытом ящике, в принципе, совпадает – оно может применяться к ним и вместе, и по раздельности, и не противоречит ни связи между ними, ни здравому смыслу. Но так описывается не реальное состояние кота или атома, а предположение наблюдателя о нём, выраженное через суперпозицию возможностей. Поэтому вероятностное описание здесь уместно. Причём, когда атом в закрытом ящике распадается, и кот погибает, наблюдатель не может знать об изменении реального состояния и будет пользоваться всё той же суперпозицией возможностей, пока не откроет ящик. Открыв, он, дополнительно к этой суперпозиции, получит информацию о реальных состояниях атома и кота, которую даже может учесть в суперпозиции. Обсуждаемая в квантовой механике волновая функция отдельной частицы описывает суперпозицию возможностей, и, значит, её редукция при измерении не происходит.

На этой же основе решается и парадокс ЭПР-пары.

Итак, сравните логические коллизии, возникающие из-за постулата Луи де Бройля, с внутренней и внешней согласованностью решения на основе статистической интерпретации квантовой механики с учётом концепции «Информация-структура». Второй вариант явно удачней, поскольку согласуется с экспериментами, классической логикой и здравым смыслом, не требуя дополнительных постулатов. Концепция «Информация-структура» вносит в статистическую интерпретацию несколько существенных деталей. Согласно этой концепции, надо различать возможные и реализованные состояния – первых может быть много, а конкретный объект в данный момент времени реализует только одно из них. Надо различать состояние и его описание, которые существуют, вообще говоря, в разных местах и относительно независимо. Концепция «Информация-структура» даёт новый смысл вероятностному описанию конкретного объекта – это предположение о состоянии данного объекта в виде суперпозиции его возможностей, которая строится на основе ранее полученной статистической информации о виде объектов.

Согласно концепции «Информация-структура», субъективность наблюдателя состоит в том, что описания, которыми он обладает, зависят от его действий и представлений и могут ничего общего с реальностью не иметь, могут быть выдуманы, поэтому по сути – это всегда гипотезы. Преодоление субъективности состоит в постоянной проверке гипотез и отсеве неподтвердившихся. Это необходимо в связи с естественным отбором наблюдателей [4].

В случае квантовой механики, преодоление субъективности состоит в отсеве сомнительного постулата о корпускулярно-волновом дуализме, и принятии непротиворечивой статистической интерпретации квантовой механики с учётом концепции «Информация-структура».  

4. Заключение.  ⇑  

Проблема измерения связана исключительно с вероятностным описанием одиночных частиц, и, поэтому, не мешает физикам проводить эксперименты и разрабатывать приборы, в которых используются макрообразцы вещества. Однако успешность квантовой механики становится основанием для распространения принятой в ней логики вместе с её противоречиями за пределы этой науки, что делает её проблемы общими и повышает актуальность их приемлемого для всех решения. Именно таким решением проблемы измерения, согласующим квантовую механику с другими науками, является статистическая интерпретация квантовой механики с учётом концепции «Информация-структура».

Рекомендуется посмотреть также тезисы второго доклада на этой же конференции, связанного с данным, а также дополнение к докладам   

Литература.  ⇑  

1. Саночкин В. В. О логических и экспериментальных подтверждениях статистической интерпретации квантовой механики. – Доклад на данной конференции. (На этом сайте здесь)  

2. Менский М. Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов. – УФН, т. 170, №6, с.631-648.  

3. Саночкин В. В. Что такое информация. – Философские исследования, 2001, №3, с.129-141. (на этом сайте здесь)  

4. Саночкин В. В. Природа информации и развития. Сборник статей. – М., 2004, – 76 с. (На этом сайте здесь).

 _⇑_