О странностях мужского мнения в свете Квантовой Механики

Есть такая шутка: «Если мужчина, находясь где-то в лесу, выскажет все, что он думает, и ни одна женщина его не услышит, будет ли он все-равно неправ?»

Казалось бы ответ на этот вопрос предопределен. Если этот мужчина прав, то он будет прав в не зависимости от того, что его окружает а если нет, то нет.

Однако, не все так просто.

Например пресловутый вопрос о произведение искусства на необитаемом, и никогда не открытом острове. Если ни один другой человек не увидит этого произведения – является ли оно произведением искусства?

Мне было интересно узнать если существует глобальный научный ответ на этот вопрос.

Недавно, по странной случайности, я набрел на видео об истории квантовой механики и интересном споре между двумя величайшими учеными 20 столетия Нильсом Бором и Альбертом Эйнштейном; вопрос о природе квантовой механики. Вот видео, дающее детальный обзор этого вопроса.

Quantum Theory - Full Documentary HD

Для людей не знающих английского, привожу урезанный перевод нарратива, относящегося к данному вопросу.

Когда ученые наблюдали как изменяется свет проходящий через призму, они заметили нечто необычное. Если нагреть газ и посмотреть на это через призму то вместо радуги цветов мы увидим четко обозначенные линии определенных цветов.

Объяснение этой загадке дал Нильс Бор.

Объяснение этого феномена лежало в структуре атома. Бору атом напоминал крошечную солнечную систему где миниатюрные планеты – электроны вращались вокруг ядра – солнца. Однако, в отличие от солнечной системы, электроны не могут выбрать себе какую угодно траекторию полета, а только определенные орбиты.

Это явление и называется «Квантовым прыжком» Когда атом нагревался, то перепрыгивали с одной орбиты на другую. Каждый такой перескок высвобождает энергию в форме световой волны и поэтому мы видим полоски определенных цветов.

Самым большим сюрпризом было то, что электроны перемещались с одной орбиты на другую без перемещения по пространству между орбитами. Бор утверждал что квантовый прыжок осуществляется в силу странного свойства электронов – их энергия высвобождалась в дискретных порциях - квантах, которые не могли быть поделены.

Это свойство просто загадочно. Доказательства правильности догадки Бора быстро множились и Бор со своими коллегами оказался на траектории столкновения со всей остальной научным обществом. Квантовый прыжок был только началом. Скоро его радикальные взгляды привели его к столкновению с Альбертом Эйнштейном.

Не то чтобы Эйнштейн боялся новых идей. Но в 20х годах 20 века физика начала идти по нежелательному ему направлению. Направлению, резко уходящему от определенности предсказаний, которые до этого были визитной карточкой классической физики.

Если бы вы спросили ученого того времени, каковой является отличительная черта физики от всякого рода псевдо-наук, ответ был-бы тот, что она предсказывает явления со стопроцентной вероятностью. А Квантовая Механика отнимала у физики и это отличие.

Один специфический эксперимент под названием double slit (или двойное расщепление) как никакой другой выявил загадки квантовой механики. Сущность эксперимента заключается в следующем... Шары боулинга бросают через защитную перегородку.

и фиксирующий экран разрывется приблизительно в одном и том же месте – или справа или слева.

Эксперимент двойного расщепления был очень похож на этот, за исключением того, что вместо шаров для боулинга были использованы электроны.

Когда электронами выстреливают в подобном эксперименте, результат получается совершенно иной. Вместо попадания в два определенные места, соответствующие дырам в заслонке, электроны распределяются по всему экрану, преимущественно по полоскам. Даже там где щит их блокирует.

Такое распределение может означать только одно. Электроны перемещались волнами. Волны расходятся, сходятся, и т.д.

Если послать волну через двойное расщепление, то они расщепляются и перекрестятся. Их высокие и низкие участки соберутся вместе и вырастут в одних местах а уменьшатся в других. Иногда они просто отменяют друг друга.

Иногда они просто отменяют друг друга. Возвышения и низины создадут серию полосок. То что известно как интерференционные структуры.

Некоторые ученые предположили что во время движения электрон растягивается в волну. Физик Эрвин Шредингер вывел уравнение такого движения.

А в голову физика Макса Борна пришла революционная идея, объясняющая физический смысл уравнения Шрёдингера. Борн отказался от идеи растянутого электрона. Вместо этого он сказал что это вероятностная волна. Размер волны в любой точке предсказывает вероятность нахождение электрона в этой точке. Мы не можем спрашивать «где электрон находится сейчас?» Вместо этого нам разрешено спрашивать «если я буду искать электрон в этом месте, какова вероятность того, что я его там найду?»

Когда брошен один электрон то невозможно предсказать где он очутится на экране. Но если использовать уравнение Шрёдингера, то можно с большой степенью точности предсказать что если послать много электронов то 33.5% очутиться в середине, 7.9% по концам и т.д. Предсказания такого типа были подтверждены множеством экспериментов. Уравнения Квантовой Механики оказались удивительно точными. До тех пор пока мы допускаем что весь этот сыр бор насчет вероятности.

Вся материя во вселенной состоит из атомов и элементарных частиц, которые подчиняются вероятности, а не четкой определенности. Это противоречит здравому смыслу и для многих людей сложно воспринять. Даже Эйнштейну было трудно в это поверить. Он не мог допустить что фундаментальная природа реальности на ее самом глубоком уровне определяется случайностью. Он говорил «Бог не бросает костей» Ему не нравилось соображение того, что мы не можем с уверенностью сказать, что случилось то или случилось иное.

Но многих других ученых такая перспектива совсем не угнетала. Уравнения Квантовой Механики давало им возможность определять поведение групп частиц с безпрецедентной точностью. Очень скоро эта возможность привела ко множеству новых изобретений таких как лазеры, транзисторы, интегральные схемы, компьютеры, цифровые камеры, телефоны и вся отрасль электроники. Без Квантовой Механики человечество было бы отброшено в девятнадцатое столетие.

В то-же время мы по прежнему спорим о том, что Квантовая Механика рассказала нам о природе реальности. И мы по-прежнему не можем ответить на вопрос заданный еще Эйнштейном в 20х годах прошлого века. Вопрос о вероятности и измерении и о акте наблюдения.

Для Нильса Бора измерение изменяло все. Он верил, что до того как вы измерили и пронаблюдали за частицей ее характеристики были неясны, как например свойства электрона в эксперименте двойного расщепления. До момента обнаружения электрона на экране он мог быть где угодно. Только в момент измерения неопределенность позиции исчезала. В соответствеии с подходом Бора, сама процедура измерения заставляла частицу отказаться от неопределенности положения и выбрать одно определенное место.

В отличие от Бора, который вполне допускал что природа реальности в сущности не ясна, Эйнштейн верил в ясность. Он часто повторял что ему хотелось бы верить что Луна будет на том же месте, даже когда он на нее не смотрел.

Поэтому Эйнштейн был уверен что в Квантовой Теории что-то было упущено. Что-то что опишет детальные свойства частиц как, например, их нахождение, даже когда мы на них не смотрим.

Он говори что «Квантовая Механика не неверна, но неокончена». Она не учитывает всего того что могло бы восстановить ясность.

Но агрументы Эйнштейна не поколебыли Бора. Когда Эйнштейн повторял свое положение о том что «Бог не бросает в костей!», Бор возражал «Перестаньте указывать богу, что ему делать!»

Возвращаюсь теперь к первоначальному вопросу.

«Если мужчина, находясь где-то в лесу, выскажет все, что он думает, и ни одна женщина его не услышит, будет ли он все-равно неправ?»

Ответ на него в соответствии с Квантовой Теорией по видимому будет таким.

Пока мужчина высказывает свое мнение в одиночестве, он может быть правым или неправым – точно этого определить невозможно. Но как только женщина засекает его за этим занятием – он немедленно становится неправым.