Эйнштейн всегда проигрывает в квантовой сфере.
Ключевые выводы
- Любой, кто серьезно относится к квантовой механике, сталкивается со странным выбором в размышлениях о природе реальности и нашем месте в ней.
- Реальность действительно «жуткая», как опасался Эйнштейн. Но о чем говорит нам этот призрак? На самом деле никто не знает.
- Каждая интерпретация квантовой механики вынуждена принимать что-то о реальности, что кажется очень, очень странным.
Во вторник Нобелевская премия по физике 2022 года была присуждена трем исследователям: Алену Аспекту, Джону Ф. Клаузеру и Антону Цайлингеру. Работа этих ученых открыла новые горизонты для изучения квантовых странностей. Их результаты также показали, что наиболее сложные с философской точки зрения аспекты квантовой механики являются также и наиболее важными. Эти проблемы означают, что любой, кто серьезно относится к квантовой механике, сталкивается со странным выбором в размышлениях о природе реальности и нашем месте в ней. Вот на чем я хочу сегодня сосредоточиться.
Где Эйнштейн всегда проигрывает
Чтобы быть точным, трое физиков делят приз за свои исследования квантовой запутанности. Когда частицы запутаны, о них больше нельзя думать как об обладающих отдельными свойствами. Представьте, что у меня есть две частицы со свойствами, о которых я не могу знать, пока не проведу их измерения. Но если частицы запутаны, то измерение только одной частицы из пары мгновенно установит, к чему приведет измерение другой. Это справедливо даже в том случае, если частицы разделены таким большим расстоянием, что у них не было бы шанса связаться за то время, которое потребовалось бы для измерения одной, а затем другой. Таким образом, запутанные частицы образуют единое целое в пространстве и времени.
Запутанность - это как раз тот вид «призрачного действия на расстоянии», которым, как известно, интересовался Эйнштейн в квантовой механике. Вот почему он считал квантовую теорию какой-то неполной, а это значит, что в ней должно быть что-то, что нам еще предстоит понять.
Эйнштейн хотел, чтобы физика вернула нас к классическому взгляду на реальность - взгляду, согласно которому вещи обладают своими особыми свойствами, независимо от того, было ли проведено измерение этих свойств или нет. В 1964 году ирландский физик Джон Стюарт Белл предложил способ четко отличить эйнштейновское видение реальности от более жуткой квантовой версии. Измерение запутанности было ключом. Прошло несколько десятилетий, но со временем измерения отдельных запутанных частиц стали обычным явлением, и в каждом эксперименте Эйнштейн проигрывал. Реальность действительно жуткая.
Но что именно говорит нам это жуткое зрелище? Ответ в том, что никто не знает. В отличие от классической физики, квантовая механика всегда требует, чтобы интерпретация была закреплена поверх математического формализма. В то время как ньютоновские физики могли легко вообразить свои законы движения, управляющие атомами, которые действовали точно так же, как крошечные бильярдные шары, у квантовых физиков никогда не было такой уверенности. Суть дилеммы связана с ролью измерения. Квантовая механика известна своим корпускулярно-волновым дуализмом, когда электрон, например, будет вести себя как волна или как частица в зависимости от того, какой эксперимент вы проводите. Похоже, что выбор измерения - типа волны или типа частицы - определяет результат.
Реальность так же странна, как и ее измерения
Итак, является ли электрон волной, распространяющейся в пространстве, или это частица, занимающая только одно положение в любой момент времени? И почему выбор, сделанный замерщиком, должен иметь какое-то значение? Что такое измерение и что такое измеритель? Всегда ли это человек - наблюдатель - или любое взаимодействие с любой «вещью» имеет значение? Ответы на эти вопросы нельзя найти в математической теории - по крайней мере, пока. Это заставляет людей интерпретировать математику в соответствии с чертами реальности, которые, по их мнению, должна выражать математика. Но проблема в том, что никто не согласен с тем, какая интерпретация является правильной, и интерпретации могут сильно различаться. И призрачность квантов не может исчезнуть - каждая интерпретация вынуждена принять что-то о реальности, что кажется очень, очень странным.
Например, многомировая интерпретация квантовой механики утверждает, что все еще существует реальность, независимая от измерителей, но за эту точку зрения приходится платить. Каждое измерение - другими словами, каждое взаимодействие с чем-либо - заставляет Вселенную расщепляться почти на бесконечное количество копий. Каждый из этих множества миров содержит один из возможных результатов измерений.
В квантовом байесианстве, с другой стороны, измерения квантовой механики никогда не раскрывают мир сам по себе, но наши взаимодействия с миром. КБизм без проблем объясняет важность измерений, но отказывается от мечты (или фантазии) об абсолютно объективном взгляде на реальность. Как видите, интерпретация многих миров сильно отличается от квантового байесовского подхода. Но каждый из них показывает виды выбора, которые вы должны сделать, когда пытаетесь спросить, что квантовая механика говорит нам о реальности. Если бы кто-то мог сказать нам, какой выбор мы просто должны сделать, что ж, это стоило бы еще одной Нобелевской премии.