Об эксперименте, необходимом для решения проблемы измерения и подтверждения статистической интерпретации квантовой механики.

Саночкин В.В.

Аннотация. 

Это дополнение к докладам [1, 2], сделанным автором на 1-й конференции по философии физики. 

Ниже продолжено начатое в [1, 2] обсуждение возможного решения проблемы измерения, которая возникла в квантовой механике почти век назад из-за принятия постулата о корпускулярно-волновом дуализме и до сих пор решения не имеет. Изложены уточнённые сведения о позиции М. Борна по поводу волновых свойств частиц, а также новые соображения о возможном эксперименте, который должен ясно показать, что интерференция при рассеянии частиц возникает из-за их опосредованного взаимодействия, то есть, что волновые свойства принадлежат не отдельным частицам, а коллективам частиц. Ожидаемые результаты такого эксперимента должны помочь решить проблему измерения и подтвердить статистическую интерпретацию квантовой механики,  

Основной текст. 

В тезисах [1, 2] обсуждается решение проблемы измерения на основе статистической интерпретации квантовой механики. Первоначально эту интерпретацию сформулировал Макс Борн в 1926 году. Позже Борн от неё отказался и стал поддерживать копенгагенскую интерпретацию, которая до последнего времени была наиболее признанной среди учёных. Однако появились новые соображения, позволяющие существенно подкрепить статистическую интерпретацию и предложить новый её вариант с учётом концепции «Информация-структура». Главное различие между исходной интерпретацией Борна и предлагаемой состоит в том, что Борн не отказывался от постулата о корпускулярно-волновом дуализме, хотя в некоторых ранних суждениях был к этому близок, а в упомянутых тезисах статистическая интерпретация представлена как альтернатива, которая в этом постулате совсем не нуждается. Такая интерпретация во многом опирается на знания о сущности информации и информационных процессов. Этих знаний и понимания их необходимости не было у основателей квантовой механики, что стало причиной некоторых их заблуждений.

Надо отметить, что М. Борн, обсуждая предложенную им статистическую интерпретацию, весьма близко подходил к пониманию, что волновая функция может описывать статистику реальных состояний только в большом коллективе частиц, а в отношении отдельной частицы может описывать статистику лишь возможных её состояний, а отнюдь не реальное её состояние [1, 2>п.3]. Например, в [3 с.156] он пишет: «Квантовая механика способна отвечать лишь на правильно поставленные статистические вопросы и ничего не может сказать о ходе индивидуальных явлений». И далее: «Волны, удовлетворяющие этому уравнению (Шредингера – В.С.) совсем не представляют движения частиц. Они лишь определяют возможные (выделено – В.С.) движения или, лучше сказать, состояния материи». Однако наука того времени не была готова для строгой аргументации такого понимания волновой функции. Отсюда всякие оговорки, призывающие относиться к таким рассуждениям не слишком серьёзно или даже отрицающие их полностью. 

Препятствием для статистической интерпретации стало также неверное истолкование эксперимента по рассеянию слабого пучка электронов, проведённого в 1948 году советскими физиками: Л.М. Биберманом, Н.Г. Сушкиным и В.А. Фабри­кан­том [4]. Считалось, что этот эксперимент доказал наличие дифракционных явлений в отсутствие взаимодействия между частицами. Однако этот эксперимент исключил только непосредственное взаимодействие частиц, но отнюдь не опосредованное, возможность которого физики до последнего времени почему-то не замечали. В тезисах [1] показано, что в упомянутом эксперименте [4] возможно опосредованное взаимодействие частиц через рассеивающий экран. Именно этот экран в данном эксперименте является местом, где информация о результатах рассеяния в виде колебаний, возбуждённых в экране рассеянными частицами, может передаваться следующим частицам, влияя на их траектории и делая, тем самым, последующие акты рассеяния зависящими от предыдущих.

Чтобы проверить это, можно проделать эксперимент, предложенный в [1], однако достаточно серьёзной проблемой при этом может стать необходимость снизить интенсивность пучка ещё на несколько порядков. Тогда можно попытаться разорвать связь между частицами пучка любым другим способом. Поскольку эксперимент [4] показал, по сути, что вызывающее дифракцию взаимодействие в пучках частиц может быть только опосредованным, то можно не увеличивать интервал пролёта частиц в приборе, как это предлагалось в [1], а вести эксперименты с более интенсивными пучками. При этом, полагая причиной дифракции передачу информации от рассеянных частиц к последующим через канал связи, которым является рассеивающий экран, можно попытаться подавить эту передачу с помощью подаваемой на экран помехи, например, специально возбуждая в нём достаточно интенсивные колебания атомов. Правда, предварительные оценки показывают, что в параметрах эксперимента [4] плотность энергии в такой помехе может быть разрушительна для рассеивающего экрана. Тогда в качестве такого экрана можно использовать не твёрдое тело, а плазму, которая, как представляется, может хранить информацию о результатах рассеяния значительно меньшее время. Из возможных вариантов эксперимента надо выбрать наиболее просто реализуемый и ясно интерпретируемый.

Факт реакции дифракционной картины на любой из способов подавления связи между частицами через рассеивающий экран стал бы прямым экспериментальным подтверждением опосредованного взаимодействия частиц как причины дифракции. Наличие такого взаимодействия означает, что волновые свойства проявляются не отдельными частицами, а на уровне коллективов частиц, или, говоря иначе, что волновые и корпускулярные свойства разнесены на разные уровни организации материи. Такой вывод согласуется со всеми известными экспериментами по рассеянию частиц, решает проблему измерения, позволяет вернуть квантовую механику в лоно классической логики и здравого смысла, а также согласовать её с классической физикой. Игнорировать и оставлять без проверки такую возможность представляется весьма неразумным.

Ожидаемый результат предлагаемого эксперимента сделает ненужным постулат о волновых свойствах отдельных частиц, который, надо подчеркнуть, не имеет и не может иметь прямых подтверждений, ибо основанная на нём наиболее признанная теория утверждает, что волновые свойства частиц исчезают (волны коллапсируют) при любой попытке их обнаружить. Собственно, созданная постулатом проблема измерения в том и состоит, что постулированные волновые свойства частиц невозможно зарегистрировать, они неуловимы в принципе, а это признак того, что их просто нет. Последнее подтверждается тем, что все зарегистрированные волновые картины созданы именно пучками частиц, и нет ни одного случая, когда бы такую картину дала единственная частица. К тому же, следы отдельных частиц на мишенях ни по размеру, ни по пространственной структуре, ни по временным характеристикам не соответствуют волновой картине, которая постепенно создаётся из этих следов на той же мишени всем потоком этих частиц. Причём, когда частиц мало, то есть когда статистика недостаточна, то волновая картина не возникает, ибо является сугубо статистическим феноменом. Это видно, например, на иллюстрациях к эксперименту [4], которые воспроизведены в [1]. Постулат о волновых свойствах отдельных частиц, принятый по логике сложившихся в науке 20-го века обстоятельств, в связи с новыми соображениями, изложенными выше и в тезисах [1, 2], представляется теперь паллиативным решением, и предлагаемый эксперимент должен это подтвердить, позволив, наконец, решить проблему измерения.

Для квантовой механики это будет лишь сменой наиболее признанной интерпретации. Математический аппарат от этих изменений пострадать не должен, но должен быть переосмыслен, поскольку вычисляемые величины обретают новые смыслы, отчасти указанные в тезисах [1, 2] и самим М. Борном (см. цитаты выше). Положительные стороны этих изменений, включая решение проблемы измерения и согласование квантовой механики с классической наукой, описаны выше и в тезисах [1, 2]. 

Современное состояние вычислительных средств позволяет моделировать на ЭВМ как само опосредованное коллективное взаимодействие частиц, так и предложенные эксперименты. Поэтому натурные эксперименты можно предварить численными. 

Если бы российские физики смогли провести предлагаемый эксперимент, и он подтвердил бы прогнозируемый результат, то это могло бы значительно повысить авторитет и влияние нашей науки на мировом уровне. 

Литература.  

1. Саночкин В. В. О логических и экспериментальных подтверждениях статистической интерпретации квантовой механики. // на этом сайте здесь.  

2. Саночкин В. В. Решение «парадокса кота» на основе статистической интерпретации квантовой механики – аргумент в её пользу. // на этом сайте здесь.  

3. Макс Борн. Размышления и воспоминания физика. Сборник статей. – М.: «Наука», 1977. – 280 с.  

4. Л.Биберман, Н.Сушкин, В.Фабрикант. Дифракция одиночных поочередно летящих электронов. // .УФН, 1949, Август 7V XXXVIII, вып. 4, из "Обзора текущей литературы". [электронный ресурс]

 _⇑_