Взгляд со стороны. Естествознание и религия
Шрифт:
Современные физические теории привязывают начало рождения Вселенной к планковским величинам. И все характеристики первоначального состояния Вселенной определяют исключительно из этих величин. До сих пор у теоретической физики нет ответа на вопрос, от решения которого зависит полнота космологической модели Вселенной. Это вопрос происхождения пространства и времени. По мнению некоторых исследователей, они родились вместе с материей, с энергией и являются результатом Большого взрыва.
Резонно предположить, что до Большого взрыва уже существовала никому не известная Первооснова, включающая в себя всё сущее. И эта независимая от материи Сущность, постоянно существующая, вполне могла не только положить начало процессам образования Вселенной, но и управлять в дальнейшем развитием
Квантовая механика и трансцедентальность
Мысль изречённая есть ложь.
В квантовой механике можно выделить два различных ответвления. Одно ориентировано на получение теоретических и экспериментальных результатов, другое – на интерпретацию квантовой механики. Неоднозначность понимания квантовой механики вызвала к жизни многочисленные её истолкования. Они по-разному решают проблемы коллапса (редукции) волновой функции и квантовых измерений, квантовой телепортации, а также других, противоречащих здравому смыслу явлений, наблюдаемых в квантовой механике.
По мнению Бора, «как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий.<…> Поэтому экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики.<…> Поведение атомных объектов невозможно отграничить от их взаимодействия с измерительными приборами, фиксирующими условия, при которых происходят явления» [43] .
43
Бор Н. Избранные научные труды: В 2 т. – М.: Наука, 1971. (Серия «Классики науки»). – Т. 2.
Вопреки Бору Эйнштейн был уверен: «Существует нечто вроде "реального состояния" физической системы, существующего объективно, независимо от какого-то ни было наблюдения или измерения, которое в принципе можно описать с помощью имеющихся в физике средств» [44] .
Спор между Бором и Эйнштейном остался незавершённым – физики-теоретики до настоящего времени не смогли создать непротиворечивую квантовую теорию измерения.
Одним из центральных понятий в квантовой механике является квантовая суперпозиция. В квантовой суперпозиции система может находиться не только в одном конкретном состоянии, но и одновременно в двух или более состояниях. Классический пример квантовой суперпозиции – двухщелевой эксперимент, названный известным физиком-теоретиком Ричардом Фейманом в «Феймановских лекциях по физике» явлением «… которое невозможно, совершенно, абсолютно невозможно объяснить классическим образом. В этом явлении таится сама суть квантовой механики».
44
Эйнштейн А. Собрание научных трудов: В 4 т. – М.: Наука. 1965. (Серия «Классики науки»). – Т. 4.
Первым двухщелевой эксперимент провёл в начале XIX века английский учёный Томас Юнг. Суть эксперимента в следующем. Имеется источник частиц, например электронов, и пластинка с двумя тонкими щелями; сзади установлен экран, на котором пролетающие через щели частицы оставляют следы.
Если мы закроем первую щель, увидим на экране тонкую полосу напротив второй щели. Если закроем вторую щель и откроем первую, полоса появится напротив первой щели. Открыв обе щели, мы будем наблюдать вместо полосы против одной из щелей интерференционную картину, что свидетельствует о прохождении частицы одновременно через обе щели. Как известно, математическое описание этого процесса полностью соответствует экспериментальным данным.
Поставив около каждой щели детектор, мы обнаружим, что при прохождении электрона
Для объяснения эксперимента учёные предположили, что состояние частицы, обладающей волновыми свойствами, можно описать волновой функцией. Если частица прошла через одну щель, у неё одно состояние и одна волновая функция. Если частица прошла через другую щель, у неё другое состояние и другая волновая функция. При двух открытых щелях, согласно принципу квантовой суперпозиции, частица находится в суперпозиции первого и второго состояний (одновременно проходит через две щели). При этом её волновая функция – функция двух волновых функций, вызывающих интерференционную картину.
Принцип квантовой суперпозиции утверждает, что если квантовый объект, например электрон, может находиться в состоянии 1 и в состоянии 2, то он может находиться и в суперпозиции состояний – одновременно в состоянии 1 и 2. Суперпозиция – это не совокупность двух классических состояний частицы, а нелокализованное в пространстве состояние, в котором электрон как классический объект не существует.
Суперпозиция состояний обходит стороной тот факт, что, открывая вторую щель, мы изменяем поведение электрона, когда он проходит через первую щель. При двух открытых щелях каждая из них влияет друг на друга.
В 2016 году международная группа экспериментаторов, возглавляемая американским профессором физики Робертом Бойдом, экспериментально подтвердила, что при прохождении фотона через три щели вклад в результирующую интерференционную картину вносят и невозможные для классической физики траектории. Это, например, траектории, по которым частица входит в одну щель, затем движется назад, проходит через другую щель и изменив траекторию выходят через третью щель.
Состояние частицы после прохода трёх щелей не эквивалентно сумме состояний её прохода в отдельности через каждую из щелей при закрытых двух других. Трёхщелевой эксперимент показал некорректность распространённого понимания принципа квантовой суперпозиции.
В 1942 году Ричард Фейнман предложил альтернативное описание квантовой механики через интеграл по траекториям. В его основу вместо уравнения Шрёдингера для волновой функции определено не уравнение, а бесконечное интегрирование по всем возможным траекториям. Фейнман принимал во внимание не только классические траектории при передвижении частицы из одной точки в другую, но и все без исключения траектории, соединяющие эти точки. При этом каждая из траекторий имела свой «вес». Наибольший вклад давали траектории, близкие к тем, которые предсказывает классическая физика [45] .
45
Коржиманов А. Существование «неклассических» траекторий подтвердили в эксперименте с тремя щелями, 18.01.2017. https://nplus1.ru/news/2017/01/18/non-classical-trajectory.
Такой подход позволил наглядно связать квантовое и классическое описание движения. Интеграл по траекториям можно свести к дифференциальному уравнению Шрёдингера, поэтому первичной остаётся всё-таки волновая функция, трактовка которой сводится к перезаписи уравнения Шрёдингера [46] .
В нашем представлении прохождение частицы по всем траекториям одновременно имеет физический смысл в том случае, если предположить, что в данный момент времени частица находиться или в состоянии частицы, или в состоянии волны. Движущаяся частица пребывает попеременно в каждом из этих состояний (см «Квантовый мир и движение»).
46
Верхозин А. Н. Интерпретация квантовой механики, 2013. https://cyberleninka.ru/article/n/interpretatsiya-kvantovoy-mehaniki.