Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
макроскопических причин, из-за которых основной результат не меняется;
например, на корреляцию результатов на шкале и направление спина не
влияет (не будем останавливаться на причинах) температура прибора;
возможные малые удары по оболочке прибора, фирменный знак, впечатанный в
магнит и т.д.
Пределы, в которых экспериментальное устройство действительно
демонстрирует идеальное поведение, соответствующее (7.1) и (7.2), иногда,
в принципе, могут быть определены чисто внутри квантовой механики, без
ссылок на "внешнего" наблюдателя. Для данного полного набора аппаратуры
можно в принципе найти все существенные квантовые состояния, организовать
их в три класса, описанных выше, затем решить уравнение Шредингера для
того, чтобы проверить, как результаты соответствуют (7.1) и (7.2). В
реальности, конечно, такое полнокровное квантовое вычисление дело
безнадежное. Более благоразумно, проектируя и используя макроскопические
устройства с точки зрения экспериментатора, полагаться на совокупность
классических причин, тонкого мастерства и эмпирического опыта.
В связи с примером по измерению спина, можно заметить, что состояния спин
"вверх" и спин "вниз" не полностью характеризуют состояние нейтрона. Его
состояние определяется также переменными положения. Действительно прибор
Штерна чувствует корреляцию между пространством и спином, что
используется как основа для определения спина. Пакет со спином вверх
отклоняется вправо, пакет со спином вниз - влево. Если вы, например,
определили, что пакет отклонился вправо, вы можете считать, что его спин
направлен вверх. Эту корреляцию легко доказать теоретически в рамках
квантовой механики. До вопрос состоит в том, чтобы фактически узнать на
эксперименте, куда отклонился пакет? Например, вы можете
поинтересоваться, какой из детекторов сработал. Как вы узнаете, который
из них сработал? Ответ, например, можно получить по положению стрелки. Но
как определяется это положение? Вы може-
150
Глава 7
те организовать все так, что если игла в точке М+, то производится
голубая вспышка, а если в М~, то красная. Но кто будет наблюдать за этими
вспышками? И так далее. Внутри собственного формализма квантовая механика
предсказывает корреляции: если так, то будет то. Но когда существует
несколько конкурирующих возможных результатов эксперимента, квантовая
механика не может подсказать нам, какой из случаев реализуется в
действиетльности.
Ситуация еще больше драматизуется, если мы спросим, что произойдет, когда
падающий нейтрон находится в состоянии Ф, которое является суперпозицией
состояния спин вверх и спин вниз,
Ф = а|+Н, (7.3)
где а и b являются константами, удовлетворяющими нормировке \а\2 + + \b\2
= 1, где |а|2 = а ¦ а, и т.д. Если измерительная аппаратура удовлетворяет
уравнениям (7.1) и (7.2) для чистых случаев со спином вверх и спином
вниз, то из линейного характера уравнения Шредингера незамедлительно
следует, что получающееся на выходе состояние будет выражаться правой
стороной следующей формулы измерительного процесса:
Ф -> а(| -М+) + 6(| -М~). (7.4)
Интерпретация состояния, которое получается из измерения, состоит в
следующем: вероятность того, что спин направлен вверх и стрелка попадает
в интервал вблизи М+, равна |а|2; вероятность того, что спин направлен
вниз и стрелка находится в интервале вблизи М~, равна \Ь\2. Бросается в
глаза, что для экспериментальных установок, удовлетворяющих уравнениям
(7.1) и (7.2), отсутствуют слагаемые вида (| М~) и (4 М+). Относительно
двух возможностей, которые проявляются в (7.4), ничто не говорит нам о
том, которая из них реализуется, т. е. попадет ли стрелка в один
интервал, или в другой. В математике уравнения Шредингера не заложено
коллапса (схлопывания) волновой функции.
Конечно, если вы случайно узнаете, что фактически стрелка находится в
одном конкретном интервале, скажем М+, вы сможете сделать некоторый
предварительный выбор относительно последовательности измерений на
нейтроне. Вы можете считать (должны считать!) что спин нейтрона направлен
вверх. При этом вы будете действовать так, как если бы волновая функция
действительно схлопнулась на состояние спин вверх. Но как вы можете
узнать, где же установилась стрелка? Не получается ли так, что цепь
корреляций приводит к определенному измерению лишь после того, как
появляется некто, наблюдатель, действующий извне и определяющий выбор
измерения? Эту возможность, среди многих других, отстаивал Эуген Вигнер.
Принято считать, что трудно фальсифицировать, а также трудно основать и
трудно принять все это
Что происходит?
151
без того, чтобы не прийти к некоторому солипсизму выбора. Но какому
солипсизму? Рассмотрим ситуацию с приятелем Вигнера. Вигнер хочет знать,
какой из цветов загорелся, красный или голубой. Друг говорит: "загорелся
голубой цвет". "Да, но каков был результат перед тем, как я спросил?"
Появилось ли понимание у Вигнера, что волновая функция сколлапсировалась
