STEPHEN HAWKING "The Grand Design" (2010) / Стивен ХОКИНГ "Великий замысел": 4. ALTERNATIVE HISTORIES / 4. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОРИИ

Эта идея проиллюстрирована на рисунке ниже.

justafake 31.07.11 в 22:34

Для выполнения условий Фейнмана по расчёту вероятностной амплитуды, что частица из пункта А достигнет пункта B, вы просто складываете фазы или стрелы, представляющими все пути, связывающие А и B.

justafake 31.07.11 в 22:37

Существующих путей бесконечно много, что слегка усложняет расчёты, но этот способ работает.

justafake 31.07.11 в 22:41

Некоторые пути показаны ниже.

justafake 31.07.11 в 22:42

Теория Фейнмана очень чётко показывает как можно вывести ньютонову картину мировосприятия из квантовой физики, кажущейся совершенно отличной.

justafake 31.07.11 в 22:44

Согласно фейнмановой теории, фазы связанные с каждым путём зависят от постоянной Планка.

justafake 31.07.11 в 22:48

Теория предписывает, что поскольку постоянная Планка является очень малым числом, то, когда вы складываете сумму путей, близких другу другу, их фазы сильно варьируются, и, как видно на рисунке, их сумма в результате будет сводиться к нулю.

aleva 01.08.11 в 11:39

Но теория также показывает, что существуют определенные пути, фазы которых имеют тенденцию выстроиться в линию, и именно они дают сумму более препочтительную (значительную) для изучения процесса поведения частицы.

aleva 01.08.11 в 11:58

Оказывается, что применительно к большим объектам, пути, близкие к тем, что предсказаны теорией Ньютона, будут иметь похожие фазы, и в сумме дадут наибольшую составляющую. Таким образом единственным конечным пунктом, имеющим практическую вероятность больше нуля, будет конечный пункт, предсказываемый теорией Ньютона, и вероятность достижения этого пункта будет очень близка к единице.

aleva 01.08.11 в 12:20

Следовательно, большие объекты двигаются именно так, как предсказывает теория Ньютона.

aleva 01.08.11 в 12:33

Пока что мы обсуждали идеи Фейнмана в контексте эксперимента с двойной прорезью.

cosinus 01.08.11 в 19:49

В этом эксперименте частицы запускались в направлении стенки с прорезями, и мы измеряли их местоположение на экране, помещенном за стенкой, в который попадали частицы.

cosinus 01.08.11 в 19:58

В общем, вместо лишь одной частицы, теория Фейнмана позволяет нам предсказывать вероятные результаты "системы", которая могла бы быть частицей, рядом частиц, или даже всей вселенной.

cosinus 01.08.11 в 20:13

Между начальным состоянием системы и нашим последующим определением ее свойств, эти свойства эволюционируют некоторым путем, который физики называют историей системы.

cosinus 01.08.11 в 20:18

В эксперименте с двойной прорезью, например, история частицы -- это просто ее путь.

cosinus 01.08.11 в 20:21

Так же, как для эксперимента с двойной прорезью возможность наблюдать, что частица приземлится в любой данной точке, зависит от всех путей, которые, могли бы там быть получены, Фейнман показал, что для общей системы вероятность любого наблюдения построена из всех возможных историй, которые могли бы привести к этому наблюдению.

cosinus 01.08.11 в 20:33

Из-за этого его метод, названный "суммой предысторий" или "альтернативными историями", является формулировкой квантовой физики.

cosinus 02.08.11 в 18:36

Теперь, когда у нас есть мнение о фейнмановском подходе к квантовой физике, пришло время исследовать другой ключевой квантовый принцип, который мы будем использовать позже — принцип, что наблюдение системы должно менять ее поведение.

cosinus 02.08.11 в 18:44

Можем ли мы, как мы делаем, когда у нашей начальныцы на подбородке пятно горчицы, осторожно наблюдать, но не вмешиваться?

cosinus 02.08.11 в 18:49

Нет.

cosinus 02.08.11 в 18:50

Согласно квантовой физике, Вы не можете "просто" наблюдать за чем-либо.

cosinus 02.08.11 в 18:51

Таким образом, квантовая физика признает, что, для того чтобы произвести наблюдение, вы должны взаимодействовать с наблюдаемым вами объектом.

cosinus 02.08.11 в 18:53

Например, чтобы видеть объект в традиционном смысле, мы направляем на него свет.

cosinus 02.08.11 в 18:55

Освещение тыквы окажет на нее, конечно, не самый большой эффект.

cosinus 02.08.11 в 18:58

Но освещение даже тусклым светом крошечной квантовой частицы -- то есть бомбардировка ее фотонами — действительно имеет ощутимый эффект, и опыт показывает, что это изменяет результаты эксперимента точно так, как описывает квантовая физика.

cosinus 02.08.11 в 19:04

Предположим, что, как и раньше, мы направляем поток частиц на барьер в эксперименте с двойной прорезью и собираем данные о первом миллионе прошедших частиц.

cosinus 02.08.11 в 19:10

Когда мы определяем местоположение ряда частиц, оказавшихся в различных точках обнаружения, данные сформируют представленную картину интерференции, и когда мы добавим фазы, связанные со всеми возможными путями частицы от отправной точки А до ее точки обнаружения B, мы увидим, что вычисленная нами вероятность попадания в различные точки согласуется с этими данными.

cosinus 02.08.11 в 19:37

Теперь предположим, что мы повторяем эксперимент, но на этот раз освещаем прорези светом так, чтобы зафиксировать промежуточный пункт C, через который прошла частица.

cosinus 02.08.11 в 19:49

(C является положением либо одного разреза, либо другого).

cosinus 02.08.11 в 19:54

Это называют информацией "выбора пути", потому что она говорит нам, следовала ли каждая частица от А к прорези 1 и к B, или от А к прорези 2 и к B.

cosinus 02.08.11 в 20:03

Так как мы теперь хорошо знаем, через какую прорезь проходит каждая частица, наша сумма для этой частицы будет теперь включать только пути, которые проходят через прорезь 1, либо только пути, которые проходят через прорезь 2.

cosinus 02.08.11 в 20:10

Она никогда не будет включать и пути, проходящие через прорезь 1, и пути, проходящие через прорезь 2.

cosinus 02.08.11 в 20:14

Поскольку Фейнман объяснил картину интерференции, указав, что пути, которые проходят через одну прорезь, сходятся с путями, которые проходят через другую, то если Вы включаете свет, чтобы определить, через какую прорезь проходят частицы, тем самым исключая другой вариант, Вы заставите картину интерференции исчезнуть.

cosinus 03.08.11 в 10:02

И действительно, если этот эксперимент выполнить, включение света изменяет результаты с картины интерференции на картину, подобную этой!

cosinus 03.08.11 в 10:21

Кроме того, мы можем изменять эксперимент, используя очень слабый свет, чтобы не все частицы взаимодействовали со светом.

cosinus 03.08.11 в 10:23

В этом случае мы можем получить информацию о выборе пути только для некоторого подмножества частиц.

cosinus 03.08.11 в 10:29

Если мы затем разделим данные о прибытии частицы согласно тому, получали ли мы информацию о выборе пути или нет, мы обнаружим, что данные, имеющие отношение к подмножеству, для которого у нас нет никакой информации о выборе пути, сформируют картину интерференции, а подмножество данных, имеющих отношение к частицам, для которых у нас есть информация о выборе пути, интерференции не покажет.

cosinus 03.08.11 в 10:35

Эта идея имеет важное значение для нашего понятия "прошлого."

cosinus 03.08.11 в 10:37

В ньютоновской теории предполагается, что прошлое существует в виде определенного ряда событий.

cosinus 03.08.11 в 10:39

Если вы видите, что ваза, которую вы купили в Италии в прошлом году, лежит разбитая на полу, а ваш малыш, стоящий над ней, выглядит застенчиво, вы можете прокрутить назад события, которые привели к неприятности: маленькие пальцы разжимаются, ваза падает, разбивается на тысячу частей и выглядит так, как вы её и обнаружили.

cosinus 03.08.11 в 10:57

Фактически, учитывая полные данные о настоящем, законы Ньютона позволяют вычислить полную картину прошлого.

cosinus 03.08.11 в 10:59

Это совместимо с нашим интуитивным пониманием, неважно какое: неприятное или счастливое, но у мира есть определенное прошлое.

cosinus 03.08.11 в 11:03

Возможно, не было ни одного наблюдения, но прошлое существует так же несомненно, как будто Вы сделали серию его снимков.

cosinus 03.08.11 в 11:09

Но нельзя сказать, что квантовый бакибол проделал определенный путь от источника до экрана.

cosinus 03.08.11 в 11:16

Мы могли бы точно определить местоположение баккиболла, наблюдая за ним, но между нашими наблюдениями требуются все пути.

cosinus 03.08.11 в 11:24

Квантовая физика говорит нам, что независимо от того, насколько детально наше наблюдение настоящего, (ненаблюдаемое) прошлое, как и будущее, неопределены и существуют только в виде спектра возможностей.

cosinus 03.08.11 в 11:26

У вселенной, согласно квантовой физике, нет единственного прошлого или истории.

cosinus 03.08.11 в 11:27

Факт, что прошлое не принимает определенной формы, означает, что наблюдения системы, которые Вы делаете в настоящем, затрагивают ее прошлое.

cosinus 03.08.11 в 11:29

Это довольно наглядно подчеркнул образец эксперимента, продуманного физиком Джоном Уилером, названного экспериментом с отложенным выбором.

cosinus 03.08.11 в 11:41

Кратко, эксперимент с отложенным выбором похож на только что описанный нами эксперимент с двойной прорезью, в котором у вас есть возможность выбора, наблюдать ли путь, проделанный частицей, за исключением того, что в эксперименте с отложенным выбором вы откладываете свое решение, наблюдать путь или нет, до самого момента, пока частица не попадает на детекторный экран.

cosinus 03.08.11 в 11:58