Rationality: From AI to Zombies / Рациональность: от ИИ до Зомби: Quantum Explanations

Существует широко распространённое убеждение, что квантовая механика должна быть непонятной. Это плохой подход и для ученика, и для преподавателя.

sepremento 20.02.20 в 08:02

Я обнаружил, что традиционно "непонятные" предметы не столь сложны математически, особенно, если целью является понять основы, пусть и математические, происходящего.

sepremento 20.02.20 в 08:05

Я не физик, а физики, как известно, ненавидят разговоры непрофессионалов о квантовой механике. Однако, у меня есть опыт объяснять вещи, которые по общему убеждению считается "трудными для понимания".

sepremento 20.02.20 в 08:07

Я написал Интуитивное Объяснение Теоремы Байеса, поскольку люди жаловалось, что теорема Байеса контринтуитивна --- знаменита своей контринтуитивностью --- и остался недоволен. Уравнение показалось мне недостойным своей страшной репутации. Я пытался объяснить его по-своему и, хоть и не достиг изначальной цели сделать текст понятным первокласснику, всё же получал письма с благодарностями от ранее несведущих в теме людей, от журналистов до профессоров других областей.

sepremento 20.02.20 в 08:12

Кроме того, как Байесианец, я не верю в феномены, которые непонятны по самой своей сути. Замешательство существует в наших моделях мира, а не в самом мире. Если о предмете думают, как о непонятном, а не всего лишь сложном... нельзя это так оставлять. Это неудовлетворительно. Так быть не должно. Может быть, можно решить проблему, может быть и нет, но нельзя спокойно относиться к замешательству студентов.

sepremento 20.02.20 в 08:17

Итак, первое, что будет отличать моё введение от традиционного, стандартного введения в квантовую механику --- я не стану говорить вам, что квантовая механика должна быть непонятной.

sepremento 20.02.20 в 08:18

Я не собираюсь говорить вам, что нормально не понимать квантовую механику, потому что никто не понимает квантовую механику, как однажды заявил Ричард Фейнман. Был период в истории, когда это было правдой, но мы живём в другую эпоху.

sepremento 20.02.20 в 08:19

Я не собираюсь говорить вам: "Квантовую механику нельзя понять, к ней можно только привыкнуть." (Как, по слухам, говаривал фон Нейман в те тёмные десятилетия, когда никто и в самом деле не понимал квантовую механику.)

sepremento 20.02.20 в 08:21

Объяснения должны уменьшать замешательство. Если вам нравится не понимать что-то, то это признак проблемы --- либо вашей, либо вашего преподавателя --- но в любом случае проблемы. И следует приложить усилия, чтобы решить её.

sepremento 20.02.20 в 08:23

Я не собираюсь говорить вам, что квантовая механика странная, чудная, непонятная или чужеродная. Квантовая механика контринтуитивна, но это проблема интуиции, а не квантовой механики. Квантовая механика существовала за миллиарды лет до того, как межзвездный водород соединился и образовал Солнце. Квантовая механика появилась задолго до вас и если у вас с ней проблемы, то меняться придётся именно вам. Она точно меняться не будет. Не существует удивительных фактов, только модели, которые удивляются фактам. А если модель удивляется какому-то факту, это не делает чести модели.

sepremento 20.02.20 в 08:26

Лучше всегда считать, что реальность абсолютно нормальна. С самого начала времён во Вселенной не произошло ничего необычного.

sepremento 20.02.20 в 08:27

Цель --- сделать квантовую Вселенную своим домом. Стать её коренным жителем. Потому что, фактически, так и есть.

sepremento 21.02.20 в 06:26

В этой цепочке о квантовой механике, я собираюсь говорить о ней, как об абсолютно нормальной, а когда интуиция человека будет противоречить ей, то стану насмехаться над интуицией, как над чудной и необычной. Это, возможно, покажется странным, но суть в том, чтобы приучить разум смотреть на вещи с квантовой точки зрения.

sepremento 21.02.20 в 06:29

Ещё кое-что: традиционно, введение в квантовую механику строго следует порядку, в каком её открывали.

sepremento 21.02.20 в 06:30

Традиционно, рассказ начинают со слов, что материя иногда ведёт себя как бильярдные шары со множеством соударений, а иногда --- как гребни и впадины волны в бассейне с водой. Затем обычно приводится несколько примеров, где материя ведёт себя как маленькие бильярдные шары, а потом примеры, где она ведёт себя подобно волне.

sepremento 21.02.20 в 06:33

Исторически так получилось, что когда ученые разбирались, как всё устроено, и не имели представления о математике этих процессов, они считали, что материя ведёт себя подобно маленьким бильярдным шарам. А затем считали, что всё подобно волнам в океане. А потом опять бильярдные шары. А потом учёные по-настоящему запутались и так продолжалось несколько десятилетий до тех пор, пока во второй половине двадцатого века не разобрались.

sepremento 21.02.20 в 06:37

Тащить современного студента через это, может быть, исторически точно по отношению к предмету, однако такой подход гарантирует исторически точный исход в виде полного непонимания. Говорить юным физикам о "дуализме частиц и волн" подобно обучению юных химиков четырём первоэлементам.

sepremento 21.02.20 в 06:40

Электрон --- это не бильярдный шар и не гребень волны, который движется через бассейн с водой. Электрон --- это всегда и во всех обстоятельствах математически иная сущность и воспринимать его надо соответственно.

sepremento 21.02.20 в 06:41

Вселенная не мечется между частицами и волнами в нерешительности, что именно использовать. Это интуитивные представления человека о квантовой механике скачут туда-сюда. Интуитивные представления о бильярдных шарах и гребнях и впадинах волн в бассейне, кажется, как будто соответствуют поведению электронов в разные моменты времени и в разных обстоятельствах. Но правда в том, что не соответствуют.

sepremento 21.02.20 в 06:44

Если попытаться думать, что электрон подобен бильярдному шару в одни дни, а морской волне --- в другие, то запутаешься.

sepremento 21.02.20 в 06:45

Это наш глаз колеблется и не имеет стабильности, а не мир.

sepremento 21.02.20 в 06:46

Более того:

sepremento 21.02.20 в 06:46

Последовательность, в которой человечество открывало мир, не обязательно будет лучшей последовательностью преподавать эти открытия. Сначала человечество обнаружило, что вокруг бегают другие животные. Затем их вскрыли и узнали, что они состоят из органов. Затем органы внимательно изучили и обнаружили, что они состоят из тканей. Затем ткани рассмотрели под микроскопом и открыли клетки, а потом белки и другие химические соединения. Которые, в свою очередь, состоят из молекул, а те из атомов, а те из протонов, нейтронов и электронов. И эти частицы гораздо проще животных, но открыли их на десятки тысяч лет позже.

sepremento 21.02.20 в 06:50

Физика не начинает разговор с биологии. Почему же надо начинать разговор со сложных феноменов высокого уровня вроде наблюдаемых результатов экспериментов?

sepremento 21.02.20 в 06:51

Привычный способ преподавания квантовой механики всё упирает на результаты экспериментов. И я понимаю, почему это здорово звучит с позиции рационалиста. Поверьте мне, я понимаю.

sepremento 21.02.20 в 06:52

Однако, мне кажется, что в результате накапливается большой багаж сложных математических инструментов для анализа реальных ситуаций, но при этом студент ещё не понимает, что происходит на фундаментальном уровне в самых простых случаях.

sepremento 22.02.20 в 07:13

Похожим образом можно учить программистов писать многопоточные распараллеленные программы до того, как они научатся складывать вместе две переменные, по причине, что многопоточные программы ближе к повседневной жизни. Быть ближе к повседневной жизни не всегда является хорошей рекомендацией для начала обучения.

sepremento 22.02.20 в 07:15

Возможно, в тёмные века прошлого, когда никто не понимал, что происходит на фундаментальном уровне и нельзя было рассказать всё с основ, а все модели были загадочной математикой, которая давала хорошие предсказания, маниакальный фокус на результатах экспериментов имел смысл... и все ещё можно обнаружить такой взгляд на квантовую физику во многих книгах... но, возможно, сегодня стоит взглянуть под другим углом? Результатом стандартного подхода оказывается стандартное непонимание.

sepremento 22.02.20 в 07:18

Классический мир строго выводится из квантового, но если пользоваться классической перспективой, то всё кажется большим и сложным.

sepremento 22.02.20 в 07:19

Повседневная жизнь это более высокий уровень организации и даже если сравнить молекулы и кварки --- гигантский каталог молекул, но всего шесть кварков. Я думаю, есть смысл преподавать сначала с позиций квантового мира, а потом уже говорить о классических результатах экспериментов.

sepremento 22.02.20 в 07:21

Я не собираюсь начинать из нормального классического мира, а потом вести речи о странном квантовом фоне, что скрывается за кулисами. Квантовый мир --- это сцена и именно он определяет, что нормально, а что нет.

sepremento 22.02.20 в 07:23

Я не собираюсь говорить о классическом мире как о реальном, как будто он время от времени передает запрос на результат эксперимента серверу квантовой физики, а тот, в свою очередь, выполняет какие-то хитрые вычисления и возвращает результат эксперимента. Я собираюсь говорить о квантовом мире, как о единственно реальном, а классический мир будет находиться где-то вдалеке. И не потому, что так легче стать своим в квантовой вселенной, но потому, что на самом глубоком уровне так оно и есть.

sepremento 22.02.20 в 07:26

И наконец, я собираюсь пользоваться перспективой строгого реалиста в отношении квантовой механики --- квантовый мир действительно существует, наши уравнения описывают территорию, а не её карты, а классический мир существует лишь как продолжение квантового. Я не собираюсь обсуждать нереалистические взгляды на ранних этапах моего введения, за исключением ситуаций, где буду пояснять, почему не стоит путаться в некоторых интуитивных представлениях, которые не-реалисты создают себе в помощь. Я не буду за это извиняться и попрошу всех не-реалистов в области квантовой механики попридержать свои комментарии, пока их не позовут в поздних эссе. Сделайте мне такое одолжение, пожалуйста. Я считаю, что не-реализм вызывает путаницу в головах будущих студентов и мешает им чётко представить квантовые феномены. Я подробнее поговорю об этом в следующих эссе.

sepremento 22.02.20 в 07:37

Всем следует знать, впрочем, хоть я и не буду обсуждать это вначале, что существует довольно большое сообщество учёных, которые оспаривают взгляды реалистов на квантовую механику. Со своей стороны я не считаю, что есть смысл объяснять оба взгляда, я абсолютный реалист и причины этому станут очевидны позднее. Но коль скоро вы читаете моё введение, вы знакомитесь с моим взглядом. Это не только мой взгляд. Вероятно, это взгляд большинства среди физиков-теоретиков, если это считается (впрочем, я придерживаюсь своей позиции независимо от опросников). И тем не менее, это не единственная точка зрения, которая существует в современном физическом сообществе. Я не считаю обязательным сходу предлагать другие точки зрения, но считаю обязательным предупредить читателей, что они существуют и я не буду их показывать в первых стадиях своего введения.

sepremento 22.02.20 в 07:43

Подводя итог, моя задача научить вас думать как местный в квантовой вселенной, а не как нерешительный турист.

sepremento 23.02.20 в 08:03

Обнимите реальность. Держите её крепко.

sepremento 23.02.20 в 08:03