String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Does Anyone Know What Quantum Theory Means?

Знает ли кто-нибудь, что значит квантовая теория?

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:19

Квантовая физика основана на экспериментальных доказательствах, многие из которых были получены в первой половине 20 века.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:19

Странное поведение, неоднократно подтверждающее теорию, наблюдалось в лабораториях по всему миру, несмотря на весь здравый смысл.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:19

Действительно необычное поведение встречается только в маленьких масштабах; когда же размеры становятся сравнимы с кошкой, квантовые феномены, как кажется, всегда имеют определённые значения.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:19

По-прежнему, и даже сегодня, точное значение такого странного квантового поведения не определено - это что-то, на что не обращают внимание самые современные физики, работающие над этими проблемами.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:20

Некоторые физики надеются, что "теория всего", возможно, даже теория струн, может дать ясные объяснения для явлений, лежащих в основе квантовой физики.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:20

Один из таких физиков, Ли Смолин, ссылается на неспособность теории струн объяснить квантовую физику как на основание для того, что фундаментальную теорию вселенной надо начать искать где-нибудь в другом месте - точка зрения, которую, несомненно, не поддерживает большинство сторонников теории струн.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:20

Многие теоретики-приверженцы теории струн полагают, что значение имеет то, что квантовая физика работает (то есть делает предсказания, которые подтверждаются экспериментами), а философские заботы о том, почему она работает, менее важны.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

Все объяснения того, почему квантовая физика работает, дают одни и те же экспериментальные предсказания, так что по эффективности они эквивалентны.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

Эйнштейн провёл последние 30 лет жизни, выступая против поиска научного и философского подтекста квантовой физики.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

Он и Нильс Бор постоянно препирались, и в физике это было время оживлённых дебатов.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

"Бог не играет в кости со вселенной", - утверждал Эйнштейн.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

Бор отвечал: "Эйнштейн, перестань говорить богу, что ему делать!"

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

Подобная эпоха может длиться и сейчас, когда физики-теоретики пытаются обнаружить фундаментальные принципы, лежащие в основе теории струн.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:21

В отличие от квантовой теории, существует мало (если таковые вообще есть) экспериментальных результатов, на которых можно основать новый труд, однако много критиков Эйнштейна - и снова как со стороны научного общества, так и среди философов.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:22

(Мы доберёмся до них в разделе 5.)

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:22

Даже имея сильную теорию, которая очевидно работает, физики продолжают сомневаться в том, что же в действительности означает квантовая физика.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:22

Какова же физическая реальность, стоящая за математическими уравнениями?

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:22

Что на самом деле происходит с котом Шрёдингера?

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:23

Некоторые физики надеются, что теория струн может дать ответ на этот вопрос, хотя такая точка зрения является далеко не господствующей.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:23

Однако любая успешная попытка привнести квантовую физику в новую область знаний может дать неожиданные идеи, которые разрешат вопросы.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:23

Взаимодействия преобразуют квантовые системы: Копенгагенская интерпретация.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:23

Копенгагенская интерпретация отражает общепринятую точку зрения на квантовую физику, как говорится в большинстве курсов для студентов, и, в основном, как я объяснил квантовую физику в этой главе: наблюдение или измерение являются причиной коллапса волновой функции от обычного значения вероятности к определённому особому.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:23

Своё название эта интерпретация получила в честь Копенгагенского института в (вы угадали) Копенгагене, Дания, где Нильс Бор и его студенты способствовали формированию квантовой физики в 1920-х и ранних 1930-х, до того, как Вторая Мировая Война вынудила многих оставить Нидерланды.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:24

В сегодняшних дискуссиях большинство физиков считает, что частицы в волновой функции постоянно взаимодействуют с окружающим миром.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:24

Этих взаимодействий достаточно для того, чтобы волновая функция прошла через процесс, называемый декогеренцией, который, по существу, заставляет волновую функцию коллапсировать в определённое значение.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:28

Другими словами, сам акт взаимодействия с другой материей является причиной того, что квантовая система превращается в классическую систему.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:28

Только тщательно изолированная квантовая система, которая способна избегать таких взаимодействий, сможет остаться в когерентном состоянии, являясь волной достаточно долго, чтобы показать необычное квантовое поведение, такое как интерференция.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:29

Исходя из этого объяснения, не следует открывать коробку, чтобы кот Шрёдингера принял определённое состояние.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:29

Вероятно, именно внутри счётчика Гейгера происходит сбой, и реальность делает "выбор", распалась ли частица или нет.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:36

Декогеренция волновой функции происходит задолго до того, как она достигнет кота.

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:50

Если нет никого, кто мог бы это увидеть, то существует ли вселенная?

ilves_ArtO 14.08.14 в 18:50

Антропный принцип участия

ilves_ArtO 14.08.14 в 19:06

Антропный принцип участия (АПУ) был предложен физиком Джоном Арчибальдом Уилером, когда он сказал, что люди существуют во "вселенной участия".

ilves_ArtO 14.08.14 в 19:09

С точки зрения Уилера (крайне спорной), для того, чтобы произошёл коллапс волновой функции, необходим фактический наблюдатель, а не только биты и частицы, отскакивающие друг от друга.

ilves_ArtO 14.08.14 в 19:10

Эта позиция заходит значительно дальше, чем строгие принципы Копенгагенской интерпретации, но её нельзя полностью отклонить, если подробно всматриваться в квантовые доказательства.

ilves_ArtO 14.08.14 в 19:10

Если никогда не смотреть на квантовую систему, то для всех намерений и целей она всегда будет оставаться квантовой системой.

ilves_ArtO 14.08.14 в 19:11

Кот Шрёдингера действительно будет жив и мёртв одновременно до тех пор, пока кто-либо не заглянет внутрь коробки.

ilves_ArtO 14.08.14 в 19:11

Для Джона Барроу и Фрэнка Типлера (в их популярной и весьма спорной книге "Антропный космологический принцип", вышедшей в 1986 г.) это означает, что вселенная переходит в бытие только тогда, когда существует кто-либо, кто за ней наблюдает.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:03

По существу, вселенной требуется присутствие некоторой формы жизни для того, чтобы волновая функция коллапсировала в первый раз, и это значит, что вселенная сама по себе не может существовать без наличия в ней жизни.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:04

Большинство физиков полагает, что подход АПУ отдаёт людям ключевую роль во вселенной, а это позиция, которая потеряла своё расположение, когда Коперник осознал, что Земля не является центром вселенной.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:04

По сути, они (справедливо, я полагаю) отклонили эту интерпретацию в пользу тех, в которых люди не являются необходимым компонентом вселенной.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:04

Это является особенно важным утверждением концепции, известной как антропный принцип.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:06

Недавние открытия в теории струн вынудили некоторых физиков-теоретиков, выступавших категорически против любой формы антропного принципа, пересмотреть свои взгляды и принять слабейшие версии антропного принципа как единственное средство получения предсказаний из огромного массива возможностей теории струн.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:08

Подробнее эту концепцию я буду объяснять в главе 11.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:08

Все возможности случаются: многомировая интерпретация

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:09

В отличие от вышеописанного, многомировая интерпретация (ММИ) Хью Эверетта III предполагает, что волновая функция на самом деле никогда не коллапсирует, однако все возможности становятся действительностью - только в альтернативных реальностях.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:13

Вселенная беспрестанно расщепляется, по мере того как каждый квантовый вопрос разрешается всеми возможными способами в необъятной мультивселенной, состоящей из параллельных вселенной.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:13

Это одна из самых необычных идей, возникших из квантовой физики, но и она имеет свои достоинства.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:14

Подобно работе Эйнштейна, описанной в главе 6, частично Эверетт пришёл к своей теории, взяв математические выкладки квантовой теории и сделав предположение, что они могут быть воспринято буквально.

ilves_ArtO 15.08.14 в 18:14