Помоги проекту - поделись книгой:
Одна из проблем мне видится в том, что, пользуясь запутанными состояниями, отправитель не может по своему усмотрению задать строго определенную последовательность сигналов. Он не может по аналогии с морзянкой «отстучать» строго определенную последовательность «точек» и «тире». У него есть суперпозиция этих «знаков», и при каждом нажатии на «ключ» с равной вероятностью «выпадает» либо «точка», либо «тире». Поэтому для получателя это будет выглядеть как случайный набор «знаков», которые, тем не менее, однозначно связаны со «знаками», случайно «выпавшими» у отправителя. То есть имеется корреляция, связь между «значками» с той и с другой стороны, но как воспользоваться этой корреляцией для передачи информации, пока неясно.
В целом я оптимист и думаю, что будут найдены технические решения, позволяющие обмениваться информацией по одному квантовому каналу. Надеюсь, решения эти будут неожиданные, принципиально новые, очень далекие от существующих схем и даже представлений.
1.7. Квантовая теория и телепатия. Квантовая логика
В современной квантовой теории есть еще одно интересное и, я бы сказал, занимательное направление, связанное с коммуникацией и мгновенной передачей информации по квантовому каналу связи на основе квантовой запутанности[40]. Это направление занимается играми, точнее, выигрышными стратегиями при наличии квантового канала, например, между двумя игроками, в то время как другая пара игроков связана обычным классическим каналом.
Неплохой обзор научных публикаций, посвященных этому направлению квантовой теории, — G. Brassard, A. Broadbent, A. Tapp, Quantum Pseudo-Telepathy, arXiv: quant-ph/0407221 (22 Nov., 2004) http://ru.arxiv.org/abs/quant-ph/0407221.
Я остановлюсь на нем чуть подробнее.
Авторы называют квантовый канал связи между двумя игроками «псевдотелепатией». В аннотации они пишут: «
Как осторожно замечают авторы, вспоминая при этом эзотерику: «В этом случае телепатия, казалось бы, была не хуже, чем любое другое эзотерическое „объяснение“, не так ли?» И чуть далее: «Этот феномен мы называем „псевдотелепатией“, потому что он показался бы столь же магическим, как „истинная“ телепатия, классическому физику, но все же он имеет полностью научное объяснение — квантовую механику».
То, что раньше казалось «сверхъестественным» с точки зрения классической физики[41], в рамках квантовой теории получает естественное объяснение, и, более того, квантовая механика предоставляет инструменты для количественного описания этих явлений.
Авторы обзора подчеркивают, что основной целью анализа псевдотелепатических игр является их экспериментальное приложение к изучению нелокальной природы окружающего мира и телепатии как одного из проявлений квантовой нелокальности.
Раздел 1.3 статьи называется «Какие убедительные эксперименты могут быть проведены?» Здесь говорится: «Основная мотивация для изучения игр псевдотелепатии заключается в том, что их физическая реализация обеспечивает наиболее убедительные и свободные от обходов демонстрации того, что физический мир не является локально-реалистическим».
Авторы подробно останавливаются на тех условиях, которые необходимо выполнить (обеспечить), чтобы исключить сомнения в правильности результатов экспериментов по телепатии. Речь идет о том, как убедить «заядлого любителя детерминизма», что классическая физика «is wrong» — ущербна, увечна, что ей нельзя доверять, что она является отклонением от истины, упрощением и искажением нелокальной основы реальности.
Во втором разделе статьи авторы делают обзор наиболее широко известных к настоящему времени псевдотелепатических игр. Они начинают с известной статьи Кохенаи Шпекера[42], которую часто называют одной из ключевых работ в процессе становления квантовой логики. Кохен и Шпекер пытались с помощью скрытых переменных свести квантовую логику к классической, то есть делали попытку перевести язык квантовой логики на язык классических теорий — булеву алгебру. Они показали, что это невозможно сделать, построив свой знаменитый контрпример — граф из 117 точек.
Таким образом, квантовая логика тесно переплетается с телепатическими играми квантовой теории.
Привычная для нас классическая логика является лишь частным случаем квантовой и справедлива для незначительной части реальности, описываемой классической физикой. Моментом зарождения квантовой логики как самостоятельного направления в квантовой теории можно считать 1936 год, когда Бирхгови фон Нейман опубликовали статью «Логика квантовой механики»[43].
Хотя чуть раньше, в 1932 году, фон Нейман в своей знаменитой книге «Математические основы квантовой механики»[44] уже обратил внимание на возможность существования особой квантовой логики, обобщающей логику классическую: «Наряду с физическими величинами
Основное отличие квантовой логики от классической заключается в том, что в ней состояния физической системы определяются не только конкретными значениями связанных с системой наблюдаемых, но и всей совокупностью альтернативных свойств системы (суперпозицией состояний).
Квантовая логика существенно отличается от булевой. Например, не выполняется закон дистрибутивности в его общей форме. Дистрибутивность операций имеет место лишь для некоторых отдельных множеств, заданных на так называемых совместимых подпространствах гильбертова пространства. Дистрибутивный закон справедлив для попарно совместимых подпространств. С набором совместимых подпространств можно связать проекционные операторы и построить наблюдаемые, которые будут попарно коммутировать, и их можно представить как функцию одного оператора, то есть им соответствуют одновременно измеряемые величины[45].
Квантовая логика сейчас еще только разрабатывается, и пока трудно оценить все возможные последствия нового мышления, но одно несомненно — они будут очень значительны.
В этом отношении многое делается математиками, которые сейчас интенсивно работают над квантовыми алгоритмами и программами для квантового компьютера. Им в какой-то мере проще — не надо думать о физических ограничениях «на железо». Как только появится квантовый компьютер «в железе», у математиков уже будет в запасе большое количество готовых квантовых алгоритмов и программ.
Для реализации квантовых алгоритмов нужно небольшое число логических квантовых операторов (гейтов): однокубитные — NOT (логическое «Не»), преобразование Адамара (перевод кубита в нелокальное суперпозиционное состояние); двухкубитные — CNOT (контролируемое «Не»), SWAP (обмен состояниями) — и этого будет достаточно. С их помощью можно реализовать любые алгоритмы — не только классические, но и квантовые, которые реализуют квантовую логику.
1.8. Телепортация и обращение времени
С квантовой нелокальностью и мгновенной передачей информации тесно связаны вопросы телепортациии обращения времени. В 1993 году появилась статья, опубликованная Ч. Беннеттом с соавторами[46], которая имела весьма необычное название для научной публикации в солидном физическом журнале: уже в самом заголовке употреблялся непривычный для физиков термин «телепортация» — «Телепортация неизвестных квантовых состояний через двойной, классический и ЭПР-канал» («Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels»). Эта работа иногда считается отправной точкой современного прикладного этапа в развитии квантовой механики, в частности, теории запутанных состояний и квантовой теории информации.
К настоящему времени проведено очень много экспериментов по квантовой телепортации. Из последних работ в этой области можно упомянуть эксперимент группы А. Цайлингера по реализации квантовой телепортации через Дунай, то есть на довольно большом расстоянии (600 м). Его результаты опубликованы в Nature[47].
Как пишут авторы: «Наш результат — шаг к построению квантового повторителя, который даст возможность чистой запутанности быть разделенной между отдаленными сторонами в окружающей среде».
Суть экспериментов по телепортации несложная. Если описать ее упрощенно, она будет выглядеть так: допустим, у нас есть частица 1 и запутанная пара частиц 2–3 (типа ЭПР-пары). Объединяя частицы 1 и 2 (измеряя в белловском базисе), то есть переводя пару 1–2 в максимально запутанное состояние типа того, которое было раньше у пары 2–3, состояние 3 становится таким, каким было раньше состояние 1, поскольку общее состояние трех частиц не меняется. Таким образом, частица 1 как бы телепортируется на место частицы 3, другими словами, частица 3 приобретает свойства частицы 1.
Сейчас проводятся все более сложные эксперименты по телепортации. Используется метод, который называется «телепортация запутанности», или «обмен запутанностью». Суть его в том, что две некоррелированные системы можно связать квантовым каналом связи (запутать между собой) при помощи дополнительной вспомогательной системы (ancilla), состоящей из запутанной пары. Когда эти коррелированные части анциллы передаются каждой из двух независимых систем, то последние становятся тоже запутанными, хотя раньше классически не взаимодействовали друг с другом. Такие эксперименты тоже были выполнены[48].
Такой обмен квантовой запутанностью предполагается использовать при ее пересылке в определенное место. Если доступный канал передачи имеет ограниченное качество («зашумленность»), то при прохождении через него запутанных состояний корреляции нарушаются из-за декогеренции. В такой ситуации метод квантового повторителя позволяет разделить квантовый канал на короткие участки, которые очищаются известными методами дистилляции запутанности, а затем объединяются методами обмена запутанностью.
Обмен запутанностью может быть использован и для ряда других практических целей: для построения квантового коммутатора, для увеличения скорости распределения запутанных пар между удаленными пользователями, для построения запутанных состояний, охватывающих большое число частиц, и т. д. Сейчас предложено уже довольно большое количество различных схем применения этого метода.
Так, при построении квантового коммутатора предполагается наличие определенного числа (
Таким образом, сейчас телепортация вышла на инженерный уровень, и разрабатываются довольно сложные схемы ее практического применения, проектируются принципиально новые коммуникационные каналы квантовой связи, использующие в качестве рабочего ресурса квантовые корреляции.
Поскольку мы говорим не только о физике, но и о магии в самом широком смысле этого слова, замечу, что квантовый коммутатор, описанный выше, можно считать простейшей физической моделью, иллюстрирующий работу эгрегоров (эзотерический термин) и демонов (в религиозной традиции). Когда мы отдаем «в общее пользование» свои мысли и эмоции, то тем самым оказываемся «включенными» в различные «квантовые коммутаторы» в соответствии с направленностью своих мыслей и чувств. Чтобы эгрегор (демон) «заработал» в качестве квантового коммутатора и начал свое существование как объективный элемент реальности («энергетический сгусток» в квантовом ореоле Земли), достаточно того, чтобы «психические выделения» у нескольких человек были одинаковы (или близки). В целом, чтобы между различными системами было взаимодействие, они должны иметь одинаковые состояния. Тогда переходы между этими состояниями и, как следствие, генерация и поглощение энергии будут приводить к взаимодействию и корреляциям. Одинаковые энергии будут способны к взаимодействию. Причем чем меньше разность энергии между уровнями, чем слабее классические взаимодействия, тем больше в этом случае относительная величина квантовых корреляций. Например, мы все имеем примерно одинаковые наборы базисных эмоциональных и ментальных состояний, поэтому однонаправленные мысли и эмоции (то есть переход нескольких людей в определенное ментальное или эмоциональное состояние) автоматически ведут к генерации близких энергетических потоков и к взаимодействию на этих уровнях. Другими словами — к образованию новых или подпитке уже существующих «квантовых коммутаторов» — эгрегоров (демонов). Эмоции при этом содержат больше энергии, но меньше квантовой информации, мысли — наоборот, меньше энергии, но больше квантовой информации (мера запутанности выше).
Наряду с телепортацией объекта (отдельных его степеней свободы) между двумя пространственными точками, можно рассматривать и перемещение во времени.
Такие физические эксперименты по обращению времени на макроуровне широко известны в ядерном магнитном резонансе (ЯМР), например, в процессе кросс-поляризации[49]. В многочисленных экспериментах по многоквантовому ЯМР в твердых телах (тоже макроуровень) одной из обязательных стадий является обращение времени спиновой динамики, и это реализуется заданной последовательностью радиочастотных импульсов.
Эти эксперименты возможны потому, что спиновые степени свободы достаточно хорошо изолированы от других. В настоящее время существуют вполне реальные приборы, «перекидывающие» из настоящего в прошлое или будущее и обратно, но эти изменения относятся к спиновой динамике, то есть во времени «путешествуют» спины (магнитные моменты).
Если говорить об обращении времени в широком смысле, как о возможной унитарной динамике всех степеней свободы некоторой произвольной системы, то общий принцип тот же самый — нужно уметь выделять из окружения и целенаправленно изменять все степени свободы выделенного объекта, иными словами — управлять его вектором состояния.
С теоретической точки зрения здесь есть следующие возможности.
1. Изолировать систему от окружения. В этом случае появится возможность унитарной эволюции этой системы, в том числе и обращение времени для всех ее внутренних степеней свободы. Но это придется делать «изнутри» системы, поскольку предполагается, что она является изолированной. Причем действовать нужно будет из наибольшего пространства состояний этой системы, то есть изменяя вектор ее состояния в целом. Полностью изолировать систему трудно, легче получить квазизамкнутую систему (псевдочистое состояние), но тогда действовать придется на ограниченных временах (петли времени будут поменьше).
2. Наоборот, перевести объект в максимально запутанное состояние с окружением. Опять же, в этом случае придется действовать уже из пространства состояния всего окружения — всей замкнутой (квазизамкнутой) системы, составной частью которой был наш объект.
А теперь позвольте немного пофантазировать. Сначала насчет того, как перевести макроскопический объект в нелокальное состояние по всем его степеням свободы. Я считаю, что это можно сделать, создав достаточно большой градиент энергии в теле (во всем энергетическом диапазоне, по всем энергиям). Более подробно мы поговорим об этом в последней главе. Внешне это будет выглядеть, как «растворение» объекта.
Но перевести объект в максимально запутанное (нелокальное) состояние мало, нужно еще суметь «проявить» его в выбранном локальном пространстве событий (например, в прошлом или будущем, на этой или на другой планете).
Здесь можно говорить о технических устройствах, которые, думаю, будут включать в себя квантовый компьютер, способный сохранить работоспособность в нелокальном состоянии (поскольку он и так работает на нелокальных корреляциях). Тогда он будет управлять этим процессом. Таким образом, я вижу две основные части такого технического устройства: силовую установку, создающую градиент энергии, и квантовый компьютер, который управляет распределением энергии в заданном объеме, а значит — управляет процессом «растворения» и «проявления».
Отмечу еще такой момент. Если мы хотим «путешествовать» в прошлом-будущем в пределах нашей планеты, то сойдет и относительно «слабенький» квантовый компьютер, оперирующий в пространстве состояний нашей планеты как квазизамкнутой системы. Чтобы «полетать» в пределах Солнечной системы — квантовый компьютер нужен помощнее. И так далее… Чем больше корреляционная сфера, в пределах которой мы хотим перемещаться, тем мощнее должен быть компьютер, то есть он должен оперировать в пространстве состояний большей размерности.
Если перейти к эзотерической практике, то человек имеет все необходимое, чтобы самостоятельно, без всяких дополнительных устройств реализовать все то, о чем я написал выше. И многие люди, как сейчас, так и в прежние времена, в той или иной мере могут и могли это делать. Более того, я считаю, что возможностей у человеческого сознания больше, чем у технического устройства. Единственная проблема — что может не хватить времени жизни в плотном физическом теле, чтобы «проапгрейтить» сознание до высокого уровня и воспользоваться всеми его преимуществами. Вот тут и могут пригодиться технические устройства.
Что касается индивидуального сознания, то здесь я вижу два основных момента:
● необходимо поэтапно развивать сознание, постепенно расширяя корреляционную сферу (квантовый ореол), в которой оно может работать. То есть увеличивать размерность пространства состояний, в котором сознание способно к индивидуальной самостоятельной деятельности. В эзотерике это соответствует постепенному «освоению» нашим сознанием эфирного, астрального, ментального, каузального, буддхического и атманического уровней реальности;
● индивидуальное сознание должно уметь целенаправленно оперировать в том пространстве состояний, до которого оно добралось (изменять вектор состояния на достигнутом уровне). Умение изменять весь вектор состояния на каком-то уровне реальности дает возможность менять ее на всех более низких (плотных) уровнях. Практически это означает, что сознание умеет нужным образом перераспределять энергию, управляя энергетическими потоками. Замечу, что изменение состояния — это и есть изменение энергии, поскольку в квантовой механике она является функцией состояния.
Сознание должно уметь отдавать «команды» (потоки энергии) на достигнутом уровне и понимать, какие последствия будут у этой команды на низших уровнях. Это похоже на то, что у Кастанеды называется «намерением», когда команда человеческого сознания становится «командой Орла». По-видимому, это относится к проблескам индивидуального сознания на буддхи-плане. В эзотерике считается, что для индивидуального буддхи-сознания уже не существует локального пространственно-временного континуума как минимум для нашей планеты (возможно, и для Солнечной системы). Другими словами — сознание в этом случае находится в пространстве состояния планеты как квазизамкнутой системы. Вся наша Земля является в этом пространстве состояний нелокальным объектом, а поэтому, умеючи, можно «проявиться» на ней в различные моменты прошлого или будущего (целенаправленная реинкарнация). Правда, интервал этот может быть ограничен, поскольку система не полностью изолирована, а находится лишь в псевдочистом состоянии.
Глава 2
Понятие «состояние»
2.1. Состояние как философская категория
Основополагающим понятием квантовой теории является
Философами написано много работ на эту тему. Я остановлюсь на монографии А. Л. Симанова «Понятие „состояние“ как философская категория»[50] и попытаюсь сделать ее краткий обзор, уделяя особое внимание позиции философов в отношении данного понятия в квантовой теории.
Книга написана еще в советские годы и отдает положенную дань марксизму-ленинизму, но все же достаточно глубоко раскрывает тему.
Во введении автор выделяет несколько основных подходов к понятию «состояние». Он отмечает, что в некоторых из них состояние отождествляется с его характеристиками, а состояние тела — с самим телом. Он справедливо считает, что прежде чем вводить различные характеристики состояния, необходимо определить само это понятие, так как именно состояние объекта определяет характеристики, а не наоборот.
Отмечается также подход, согласно которому объективность состояния полностью отрицается. Здесь упоминается В. Гейзенберг: «Анализируя со своих философских позиций развитие физических понятий, в частности, понятия „состояние“, он утверждает, что потеря простоты классической картины мира и простоты классического понятия состояния есть отказ от объективного характера понятия „состояние“ в квантовой механике».
Анализируя процесс становления данного понятия, автор говорит, что оно происходило вследствие выхода научной мысли за пределы представлений о мире как о нераздельном целом. Далее следует интересное, на мой взгляд, соответствующее парадигме квантовой механики утверждение, что
Обращаю особое внимание на то, что понятие «состояние» неразрывно связано с понятием «изолированная система». Именно такая ситуация имеет место в квантовой теории, поскольку вектор состояния можно сопоставить только замкнутой системе, не взаимодействующей со своим окружением. Такие состояния называются в квантовой механике
Поначалу понятие «состояние» было фактически равнозначно понятиям «качество» и «свойство», а поэтому позволяло лишь отличать бытие многообразных вещей от первоначал как совокупности всех существующих свойств, качеств и т. д.
Первым философом, который дал определение данному понятию, считается Аристотель, но и он называл состояние видом качеств, которые, правда, сами претерпевают изменения. Аристотель уже отличал состояние вещи от ее свойств. Кроме того, он считал, что всякое состояние предмета проявляется лишь в определенных отношениях и вне этих отношений судить о наличии того или иного состояния невозможно. Но количественных характеристик этих изменений и отношений он не дал и дать не мог.
Такое положение дел отражает сам процесс развития человеческого познания, идущий от изучения качественной стороны явлений к их количественным характеристикам и количественной формулировке законов.
О «состоянии» Аристотель писал в своей работе «Категории». В ней мое внимание привлекла такая фраза: «…Особенность сущности — это то, что, будучи тождественной и одной по числу, она способна принимать противоположности в силу собственной перемены».
Это высказывание Аристотеля явственно пересекается с квантовой теорией, которая сейчас все чаще исходит из разложения единицы (одного состояния, «единой сущности») в ортогональном базисе (на совокупность противоположностей), и система «способна принимать противоположности» именно в силу «собственной перемены», поскольку вектор состояния можно сопоставить только замкнутой системе.
Довольно много философы пишут о том, как трактовали «состояние» Кант и Гегель. И. Кант[51] понимает под состоянием конкретные формы проявления бытия субстанции (и объектов): покой и изменение, равновесие в движение и т. д.
По Канту, «изменение есть способ существования, следующий за другим способом существования того же самого предмета», следовательно, то, что изменяется, сохраняется, и сменяются только его состояния. Таким образом, Кант противопоставляет состояние, как непрерывно изменяющееся, тому, что в предмете относительно устойчиво. Этим относительно устойчивым является субстанция. Всякое изменение, как совершенно справедливо замечает Кант, есть возникновение нового состояния.
Рассматривая вопрос смены состояний, Кант пишет: «Всякий переход из одного состояния в другое совершается во времени, заключенном между двумя мгновениями, причем первое из этих мгновений определяет состояние, из которого выходит вещь, а второе — состояние, к которому она приходит. Следовательно, оба мгновения суть границы времени того или иного изменения, то есть границы промежуточного состояния между двумя состояниями, и как таковые они относятся ко всему изменению». Словом, смена состояний непрерывна: ни время, ни явления во времени не состоят из частей, которые были бы наименьшими. И, тем не менее, в процессе изменения состояния вещь проходит через все эти части как элементы к своему второму состоянию, значит, новое состояние вырастает из первого состояния, в котором его не было, проходя через бесконечный ряд ступеней.
Источник изменения состояний И. Кант видит в изначальном противоречии материи: «Первоначальному состоянию материи, которая существует как туманность, было изначально присуще противоречие — борьба сил притяжения и отталкивания».
Из противоречия между мгновенностью смены состояний и их непрерывностью, а также из идеи борьбы противоречий как источника всех изменений можно было бы сделать диалектический вывод о существовании скачкообразных переходов из одного состояния в другое. Но Кант этого вывода не сделал, поскольку исходил лишь из признания эволюционного развития. И, отрывая далее сущность от явления, пришел к выводу о возможности познания только чувственного, внешнего состояния, считая внутренние состояния «вещью в себе». Эволюция философии И. Канта в сторону субъективного идеализма привела его к отрицанию реального бытия в категориях. Поэтому в «критический период» И. Кант сводил понятие «состояние» к сфере рассудочной деятельности, отрицая его онтологическую наполненность: состояния «существуют не как нечто находящееся вне нас, но только в качестве представлений внутри нас».
Наиболее полно диалектика понятия «состояние» раскрывается у Г. Гегеля[52]. Рассматривая первый этап развития абсолютного духа как последовательную смену категорий «качество», «количество», «мера» в сфере бытия, Гегель определяет понятие «состояние» как форму проявления бытия изменяющегося субстрата — мирового духа, то есть так же, как и категории качества, количества и меры.
Другими словами, понятие «состояние» у Гегеля — такая же философская категория, что и перечисленные выше. Это большой шаг вперед по сравнению с Аристотелем, отождествлявшим состояние с видами качеств.
Гегель связывает понятие «состояние» с категорией «мера», представляя его как снятую меру. Рассматривая категории качества и количества в их связи и определяя количество как «снятое» качество, Гегель делает вывод, что благодаря двойному переходу — сначала качества в количество, а затем количества в качество, возникает качественное количество — мера. Свое учение о мере Гегель обосновывает ссылками на естественные науки. Опираясь на атомистическую концепцию, он вводит понятие «узловая линия мер», отражающее развитие, в котором постепенность прерывается скачками. «Узловая линия мер» у Гегеля является в определенном отношении переходом из одного состояния в другое. Таким образом, он приходит к выводу: «Меры и положенные с ними самостоятельности низводятся до состояний». Следовательно, состояние можно рассматривать также в виде конкретизированной меры. Но в таком случае понятие «состояние», пройдя эволюцию от философской категории, представляющей собой форму проявления бытия изменяющегося субстрата, к понятию, отражающему «снятую» меру, превращается в общенаучное.
Обобщая существующие к настоящему времени представления и точки зрения относительно понятия «состояние», философы обычно дают такое определение: «Состояние — это философская категория, отражающая специфическую форму реализации бытия, фиксирующая момент устойчивости в изменении, развитии, движении материальных объектов в некоторый данный момент времени при определенных условиях» (А. Л. Симанов).
Определения такого рода меня не очень устраивают — тут же возникает ряд вопросов: изменяет ли наше сознание свое состояние? Почему речь идет только о состоянии материальных объектов? Разве наше сознание не развивается? Возможно, философы рассматривали и эти вопросы, но мы пока вернемся к нашей теме — квантовой теории.
2.2. Философский анализ понятия «состояние» в квантовой теории
Что же думают философы насчет категории «состояние» в квантовой физике? Это понятие и его толкование во многом определяют отношение исследователей к квантовой механике. «Состояние» — фактически одно из ключевых понятий, с помощью которых постигается физический смысл квантовой механики. В этом его методологическое и логическое значение.
Сложившийся на основе механистических представлений идеал понимания требовал назвать точные и однозначные характеристики состояния системы в каждый момент времени. Однако в квантовой механике этот идеал был перечеркнут.
Отсутствие ясного философского осмысления понятия «состояние», его философской интерпретации и подмена ее частными научными представлениями поставили перед естествоиспытателями вопрос: что такое «состояние» в квантовой механике, что такое «состояние» вообще?
Первоначально понятие «состояние» применительно к микромиру пытались определить на основе классических методологических требований, используя привычный механистический подход, что оказалось невозможным. Опираясь на классические представления о состоянии, Л. де Бройль пытался объяснить состояние микрообъектов движением волны с «привязанной» к ней частицей (теория «волны-пилота»). Согласно этой теории, ψ-волны рассматриваются как распределенное в пространстве реальное поле. Однако, как стало ясно после появления работ Э. Шредингера, попытка интерпретировать ψ-функцию как некое реальное поле оказалась несостоятельной. В методологическом плане эту несостоятельность определило стремление перенести наглядность классического понятия «состояние», отождествляемого с понятием тела, и его описания в область неклассических представлений. Ошибочность концепции «волны-пилота» была подтверждена и экспериментальными данными.
Существует несколько точек зрения на трактовку квантовомеханического состояния. Об одной из них — точке зрения де Бройля, в которой квантовое состояние интерпретируется как некая реальная волна, мы уже упомянули и отметили ее физическую и методологическую несостоятельность.
Согласно другой точке зрения (Д. Бом, И. фон Нейман), квантовомеханическое состояние — символ, математический прием, не более. Д. Бом[53] отмечает, что состояние «рассматривается в принципе лишь как промежуточный и чисто математический символ, которым можно манипулировать по определенным предписанным правилам так, что это позволяет правильно вычислять вероятности экспериментальных результатов различного рода».
И. фон Нейман[54] пишет следующее: «Строго говоря, состояние — это лишь теоретические конструкции, в действительности в нашем распоряжении оказываются лишь результаты измерений…». С этой концепцией нельзя согласиться хотя бы потому, что в ней совершенно не ясно, почему этот чистый символ — понятие «состояние» — играет весьма важную роль в квантовой механике, и ψ-функция, как характеристика состояния, описывает результаты, согласующиеся с экспериментом.
К подобной концепции можно подойти только на основе отождествления математического символа — ψ-функции, с реальным состоянием микрообъекта. Корни подобного отождествления уходят в классическую механику, где, как сказано выше, понятие «состояние» отождествлялось с его описанием. Подобное отождествление до сих пор широко распространено и среди физиков, и среди философов. Если же считать, что квантовый объект реален, то мы должны прийти к выводу, что его состояние реально и определяет характеристики, в частности ψ-функцию. Действительно, сама ψ-функция — лишь математический символ, продукт человеческого сознания, и поэтому имеет под собой вполне реальную, материальную основу; ψ-функция связана с реальными процессами через понятия, отражающие внешние свойства микрообъектов. Таким образом, для выяснения физического смысла ψ-функции необходимо установить связь этого понятия с другими понятиями физики, а также с философскими категориями. Это позволит определить место и роль понятия «ψ-функция» в структуре и развитии квантовой механики. На основе подобного анализа можно найти природный аналог ψ-функции. Но анализ этот имеет смысл начинать с анализа понятия «состояние». Физический смысл ψ-функции прояснится лишь тогда, когда оно будет четко определено в квантовой механике.
Как отмечают философы (в частности, А. Л. Симанов), следующая ошибка рассматриваемого толкования понятия «состояние» в квантовой механике — противопоставление общего и единичного. Открытым остается вопрос о природе состояния квантовомеханического объекта и в интерпретации Эйнштейна-Мандельштама-Блохинцева, согласно которой квантовая механика изучает поведение не индивидуальной микрочастицы, а совокупности большого числа этих частиц и совокупности систем частиц. А. Эйнштейн[55] писал, что ψ-функция «ни в коем случае не описывает состояние, свойственное одной-единственной системе; она относится скорее к нескольким системам, то есть к „ансамблю систем“».
Иначе говоря, ψ-функция является характеристикой состояния большого числа однотипных независимых микрообъектов, находящихся в определенных условиях, то есть квантовая механика — это статистическая теория ансамбля микрообъектов.
Философы считают, что подобная концепция весьма ограниченна и абсолютизирует опосредованный подход к анализу квантового состояния. Она не лишена также определенных логических недостатков. Согласно ей, квантовый ансамбль является первичным объектом изучения в квантовой механике. Но определение, даваемое ψ-функции, относит ее к микрочастице, и понятие «квантовый ансамбль» в него не входит. Кроме того, ψ-функция определяется внешними макроусловиями, независимо от ансамбля. Следовательно, квантовый ансамбль — это вторичный объект.
Из утверждения — квантовый ансамбль составляют изолированные частицы — неясно, каковы специфические свойства ансамбля, которые отличают его от классических статистических ансамблей. Очевидно, специфичность квантового ансамбля обусловлена особенностями (специфичностью) составляющих его микрочастиц. Мы возвращаемся к тому, что на первичном уровне (и опять-таки первичный уровень) — микрочастица.
Следствием подобных представлений явилось неправильное толкование и определение понятия «квантовомеханическое состояние». «…Состояние частицы или системы, характеризуемое волновой функцией, — подчеркивает Д. И. Блохинцев[56], — следует понимать как принадлежность частицы или системы к определенному чистому квантовому ансамблю. Именно в этом смысле и будут употребляться в дальнейшем слова: „состояние частицы“, „состояние квантовой системы“ и т. д.».
Таким образом, понятие «квантовый ансамбль» определяется через понятие «состояние частицы», а понятие «состояние» — через понятие «квантовый ансамбль». К тому же данное определение фактически сводит сущность квантовомеханического состояния к принадлежности частицы к ансамблю. Очевидно, что подобное толкование неудовлетворительно.
Квантовая механика требует создания системы идеализации, базирующейся на понятии реального состояния индивидуального объекта. В этом смысле определенный интерес вызывает концепция квантового состояния, предложенная В. А. Фоком[57]. Он, в основном, опирается на реальность квантовомеханического состояния отдельного микрообъекта. В. А. Фок считает, что ψ-функция относится не к ансамблю частиц, а к отдельной частице, характеризуя вероятность того или иного состояния микрообъекта при данных условиях. Он вводит в описание состояния микрообъекта «…существенно новый элемент — понятие вероятности, а тем самым и понятие потенциальной возможности». И далее пишет: «…Введение их отражает не неполноту условий, а объективно существующие при данных условиях потенциальные возможности».
Следовательно, ψ-функция характеризует возможные состояния микрообъекта при определенном макроскопическом окружении. Эти возможные состояния представляют собой ансамбль. В действительность превращается одна из возможностей этого ансамбля. Таким образом, по В. А. Фоку, понятие «квантовомеханическое состояние» отражает присущие микрочастицам объективные возможности обнаружения определенных значений физических величин.
Как замечает А. Л. Симанов, подобное толкование наиболее тесно смыкается с философской интерпретацией понятия «состояние» как отражающего определенные формы бытия материальных объектов. Но и здесь виден ряд недостатков. Действительно, такое толкование отражает лишь одну сторону реального квантовомеханического состояния, а именно — возможность его проявления, и ничего не говорит о сущности самого состояния. В интерпретации В. А. Фока заметно влияние классических представлений, в которых состояние объекта отождествлялось с его характеристиками. Нельзя также трактовать это понятие в отрыве от других философских категорий. Обоснование и толкование этого понятия осуществимы лишь в системе других понятий и представлений, что можно сделать только на основе соотнесения новых данных с общими представлениями о структурной организации материи и с теорией познания.
Далее А. Л. Симанов анализирует взгляды различных философов и делает некоторые выводы, например, следующий: состояние объекта обусловлено внешними и внутренними взаимодействиями и формируется ими, то есть состояние обусловлено как внешним окружением, так и внутренним миром. Еще один вывод: не состояние объекта задается характеристиками, а характеристики определяются его состоянием. Точнее, в процессе изучения объекта выделяется то или иное его состояние, которое описывается выбираемым нами набором характеристик, а величины их определяются состоянием объекта. И так далее…
Пожалуй, довольно о философии. Я понимаю, что нелегко разобраться во всех этих философских рассуждениях, но, думаю, мне удалось донести мысль, что с понятием «состояние» в квантовой теории все не так просто. Почему же нет единого мнения о «состоянии» среди квантовых физиков? Почему в классической физике не существует проблем с понятием «состояние», а вот в квантовой теории сложности возникают? На этот вопрос я постараюсь ответить ниже, пока же скажу кратко. Все очень просто — единого мнения нет потому, что квантовая теория существенно расширяет пространство возможных состояний, в которых может находиться система, и оказывается, что есть такие состояния объектов, которые «ни в какие ворота не лезут» с точки зрения наших привычных представлений о реальности. Например, нелокальные запутанные состояния, которые являются просто «мистическими» для классической физики. Отсюда и различные попытки избавиться от этой «мистики» и вернуться в область привычных представлений о реальности, но нужно ли это делать? Не правильнее ли будет принимать мир таким, какой он есть, и не подстраивать его под свои представления? Может быть, и не нужно пытаться изо всех сил втиснуть квантовую теорию в тесные рамки видимой нами реальности. Может быть, лучше честно признаться в том, что окружающая Реальность гораздо шире, полнее и глубже не только классической физики, но и вообще любых наших теоретических моделей и представлений о Реальности.
Есть два основных способа, с помощью которых физики пытаются вернуть квантовые состояния в лоно привычных классических представлений. Первый — вообще закрыть глаза на то, что вектор состояния имеет под собой реальную физическую основу, и считать его всего лишь математическим символом, который только помогает описывать реальность. И второй — это ансамблевая (статистическая) интерпретация квантовой механики. Но ни тот, ни другой способ не проходит элементарной проверки с точки зрения диалектической логики и философского анализа. Противоречия снимаются лишь в одном случае — когда состояния системы имеют под собой реальную физическую основу, и это именно состояния одной системы, а не какого-то там искусственного ансамбля. Лишь при таком условии удается свести концы с концами в философском плане, но при этом мы вынуждены будем признать, что любая система может находиться в «сверхъестественных», трансцендентных (запредельных, потусторонних) состояниях — немыслимых с классической точки зрения.
2.3. Реальны ли «сверхъестественные» состояния?
До недавнего времени квантовой механике удавалось избегать различных «мистических» состояний типа ЭПР-пары или «кота Шредингера». Это делалось, например, за счет той же статистической (ансамблевой) интерпретации. В рамках последней предполагалось, что состояния такого типа возможны лишь для ансамбля частиц, то есть одна частица никак не может находиться в нелокальной суперпозиции, а есть набор обычных частиц в различных состояниях.
Но что делать теперь, когда такие «сверхъестественные» состояния научились реализовывать для отдельных частиц, например, кубитов в квантовом компьютинге? Более того, такие «магические» состояния уже начали работать в технических устройствах.
На сегодняшний день в квантовой теории и в науке в целом сложилась парадоксальная ситуация. Физики обычно реалистично смотрят на мир и предполагают, что все физические понятия и величины, в том числе и вектор состояния, имеют под собой объективную основу. Но, занимая такую позицию, они вынуждены признать объективное наличие в окружающей реальности и всех следствий такого сопоставления. Иными словами — физики должны согласиться с объективным существованием нелокальных эффектов, «телепатии», как выражался Эйнштейн. Некоторые ученые не могут с этим смириться, и вынуждены тогда заявлять, что вектор состояния — это лишь математическое выражение, которое не имеет под собой реальной физической основы.
Парадокс ситуации заключается в том, что «материалисты», которые считают, что вектор состояния имеет под собой объективную основу, должны в итоге признать «магическую» (в широком смысле слова) природу реальности, с «телепатией» и другими нелокальными особенностями, непривычными для классических представлений. А тот, кто отстаивает незыблемость классических представлений, в которых нет места «магии», должен в итоге стать «идеалистом» и принять точку зрения, согласно которой вектор состояния — это лишь продукт нашего ума, не имеющий под собой реальной физической основы.
Поделиться книгой: