Этот странный квантовый мир - Трейман С.
ISBN 5-93972-117-6
Скачать (прямая ссылка):
на состоянии спин вверх только на стадии, когда его друг произнес ответ?
Или коллапс произошел в более ранний момент, когда голубой цвет
зарегистрировался в сознании другого наблюдателя, приятеля Вигнера?
Шредингеровский кот
Очень известный вариант предыдущего рассуждения был причудливо
представлен Шредингером в его длинной статье по интерпретации квантовой
механики. Вообразим дьявольский эксперимент, в котором кот заключен в
закрытую клетку. Кроме кота, в клетке находятся счетчик Гейгера и
радиоактивное вещество с вероятностью распада одного атома порядка 50% за
один час. Если атом распадается, то срабатывает счетчик Гейгера,
одновременно с чем возникает цепь событий, в результате которых
выделяется синильная кислота, мгновенно убивающая кота. Как квантовая
механика будет рассматривать ситуацию, которая возникает в момент
поднятия крышки? У нас нет предпочтения в рамках полной системы - клетки
и ее содержимого. Поэтому волновая функция всей системы будет включать в
себя состояния кота как живого, так и мертвого. Это занимательно! Такая
используемая суперпозиция может быть хороша для атомов, ну а для кота?
Конечно, внешний наблюдатель, открыв после определенного момента крышку,
обнаружит его либо живым, либо мертвым. Но не существует физического
наблюдения, которое позволяло бы увидеть их суперпозицию; таким образом,
это состояние с суперпозицией не является собственным для любого
воображаемого наблюдателя. Наблюдатель (или то, что вместо него -
например, скрытая камера) определяют выбор между жизнью и смертью в этой
жестокой истории. Что можно сказать о коте? Как он себя чувствует?
Напомним, что он совсем не является внешним наблюдателем. И будет ли его
смерть гарантирована лишь в тот момент, когда наблюдатель поднимет
крышку?
Мы, как и все из нас, каждый день находимся на положении кота Шредингера.
Когда вы пересекаете улицу на красный свет в час пик, существует
ненулевая вероятность, что вас насмерть собьет машина. Для внешнего
наблюдателя, который захочет проверить ваше состояние после некоторого
времени, отведенного на пересечение улицы, вы находитесь в
затруднительном положении кота: вы находитесь в суперпозиции состояний
жив и мертв. В общем, для внешнего наблюдателя, который проверяет вас в
некоторый будущий момент времени относительно
152
Глава 7
любого вида различий живой - мертвый; богатый - зажиточный - бедный;
лысый - волосатый; и т.д., вы, как и все мы, находитесь в суперпозиции по
всем возможным результатам. Так что наша гибель, рассчитанная через
вероятности, не является полным сюрпризом. Это достаточно знакомо по
повседневной жизни. Что действительно вызывает суеверие, так это то, что
для внешнего наблюдателя мы находимся в суперпозиции до тех пор, пока не
сделано наблюдение.
Задержанный выбор
Рассмотрим установку на рис. 7.1 а. Луч монохроматического света,
созданного на источнике S, попадает в полупосеребренное зеркало
(разделитель луча) в А. Часть луча отражается в обыкновенном зеркале в В\
другая часть, скажем, равной интенсивности, передается на обыкновенное
зеркало в С. Фотонные детекторы обозначены на рисунке D\ и D<i. Луч
отражается от В в направлении детектора Dа от С - в направлении детектора
D\. Если интенсивность источника достаточно мала, то детекторы будут
создавать отдельные щелчки, каждый щелчок соответствует получению фотона.
Некоторые из них зарегистрируются D<i, другие - D\. Если все будет так,
как мы настроили, то отношение этих щелчков будет 50 : 50. Для
образования класса событий можно сказать, что фотон проходит путь А -> В
-> Z?2 в одном классе, и А -> С -> D\ в другом. Эта картина очень
напоминает движение частиц. Отдельные щелчки на детекторах говорят нам о
том, что свет состоит из фотонов и что каждый из них проходит тот или
иной путь.
Рассмотрим теперь рис. 7.1 Ь. Он похож на рис. 7.1 а, за тем исключением,
что на пути луча помещено полупосеребренное зеркало D. При этом только
один из детекторов, D\, начинает регистрацию фотонов; Z?2 их не
чувствует! Нечто подобное мы уже видели на эксперименте с двумя щелями.
То, что мы наблюдаем с наполовину посеребренным зеркалом, вставленным в
D, - это волновая сторона квантовой механики. Для каждого из двух путей
на рис. 7.1 а существует амплитуда вероятности. Если полупосеребренное
зеркало в точке А срабатывает, то вероятности относятся как 50 : 50. На
рис. 7.1 Ь, полупосеребренное в точке D приводит к сдвигу относительной
фазы двух амплитуд, так что они гасят друг друга в детекторе D\ (так мы
их настроили) и усиливают в D\. Изменение в классе обсуждаемых
экспериментов связано с "задержанным выбором". Вставляя
(полупосеребренное) зеркало в точку D, мы слышим, что D\ время от времени
издает щелчки, в то время как D<i молчит. После этого, по внезапному
желанию, удалим зеркало D. Теперь щелчки детектора D<i будут раздаваться
вперемешку со щелчками D\. Но здесь возникает квантовомеханический
