?

Log in

No account? Create an account

eslitak

Previous Entry Поделиться Next Entry
12:22 am: Квантовый ликбез - 1. Нулевой постулат.
Однажды я накропал образовательную статейку по квантовой механике. Получив в целом положительные отзывы как от специалистов, так и от интересующихся, я решил замутить очередной опус на эту тему. На сей раз пообширнее и поглубже. Пока кидаю "установочную" часть. Если кого заинтересовало - сообщите. Ваши коменты помогут мне преодолеть свою лень и продолжить.

UPD 19.09.2014: опус в первой редакци закончен.    



Надеюсь, этот текст поможет осмыслить квантовую механику тем, кому это для чего-то нужно. Я рассчитываю не столько показать набор квантовых "чудес" (этого добра навалом в научно-популярных статьях для скучающей публики), сколько донести до любознательного читателя какой-никакой физический смысл этих самых "чудес". При этом, со своей стороны обещаю не грузить заумной алгеброй и ограничиться относительно простыми формулами, понятными любому девятикласснику с честной четвёркой по математике. Но и вас попрошу не очень-то расслабляться и немного напрячь мозги, потому что даже и без головоломных формул тема весьма сложная.

На самом деле для понимания квантовой механики достаточно "проникнуться" всего несколькими нестандартными идеями. Нестандартными в том смысле, что они не укладываются в рамки привычных, "классических" представлений о мире. Это трудно - проникнуться, потому что наше мировоззрение ведь как устроено? Если какая-то идея противоречит нашим знаниям, то разум такую идею интуитивно отвергает. Ну или подавай ему, разуму, неопровержимые доказательства. Но прямых доказательств идеям, заложенным в основу квантовой механики, нет и, скорее всего, никогда не будет. Почему не будет - я поясню чуть позже. А пока укажу на такой факт: на основе квантовых идей построена теория, позволяющая предсказывать поведение микроскопических объектов. Это вообще главное предназначение физических теорий – объяснять и предсказывать поведение физических объектов, или, что то же самое, объяснять и предсказывать результаты физических опытов. Так вот, в классическую физику результаты опытов с микроскопическими объектами – атомами, протонами, фотонами и так далее ну никак не вписываются. Зато квантовая теория, построенная на вышеупомянутых недоказанных идеях, согласуется с этими самыми результатами безупречно. По крайней мере, до сих пор ни одного противоречия между опытом и квантовой теории учёным обнаружить не удалось. Так что, если ваш разум будет сопротивляться квантовым идеям и требовать доказательств, то просто объясните ему, разуму, что эти идеи надо принять в качестве постулатов, которые, как известно, не доказываются. В конце концов, постулаты классической физики тоже ведь не доказаны, однако наш разум против них не протестует. Почему? Просто мы привыкли считать правильными, например, постулаты классической механики – законы Ньютона, или общефизические постулаты – законы сохранения. Вот и к правильности квантовых идей – постулатов надо привыкнуть. Нет, нет, я не призываю вас уверовать в них, упаси Боже. Я просто предлагаю принять их в качестве рабочей модели, дающей непротиворечивое толкование имеющихся на сегодняшний день физических наблюдений. Ладно, хватит болтать, поехали (и махнул рукой).

Итак, взглянем на те самые «странные» идеи, они же – квантовые постулаты. Да, должен предупредить: постулаты, которые будут предложены тут вашему вниманию, немного (мягко говоря) отличаются от тех, что можно встретить в учебниках по квантовой механике, хотя и не противоречат им. Отличаются они только по форме, но не по сути. Надеюсь те умники, которые понимают «настоящие» квантовые постулаты из курса физики, это подтвердят.

Постулат 0:

Существуют вещи принципиально ненаблюдаемые, но влияющие, тем не менее, на наблюдаемые явления.

Идея эта, взятая сама по себе, вовсе не оригинальна. Наши предки изобрели её, пожалуй, раньше, чем приручили огонь. Все верования и религии полагают, что кроме нашего мира существует ещё ненаблюдаемый, «потусторонний» мир, в котором якобы обитают разные активные существа: боги, ангелы, черти, домовые и так далее. Существ этих, мол, мы наблюдать не можем, кроме тех «библейских» случаев, когда они сами изволят «явиться». Но, тем не менее, потусторонние существа как будто бы могут вмешиваться в дела нашего мира. Ну, там, Бог создал Землю, Зевс – громовержец молнией шарахнул, ангел-хранитель спас, бес попутал и всё в таком духе. Мы в наших разборках с квантовой механикой будем пользоваться той же старой схемой: есть ненаблюдаемый мир (квантовая реальность), и есть его влияние на привычный нам наблюдаемый мир (классическая реальность). Но, в отличие от наших полудиких предков, приписывать странные события воле высших сил мы не станем. Мы полагаем (во всяком случае, тогда, когда говорим о физике), что классическая реальность работает «автоматически», без всяких богов, по своим физическим законам. Вот и будем считать, что ненаблюдаемая квантовая реальность тоже работает «автоматически», только законы там другие.

Итак, идея не новая. Новизна же заключается в том, что теперь эта идея становится  физическим постулатом. «Классические» физики считали предметом своей науки только наблюдаемые вещи и явления, оставляя ненаблюдаемый мир философам на развлечение. Квантовая же физика включает ненаблюдаемый мир в сферу физической реальности и строится на предположениях о его свойствах. Эти свойства мы и будем дальше обстоятельно ковырять.

Да, ещё одно соображение по поводу нулевого постулата. Согласно ему, в квантовой реальности мы принципиально не можем что-либо увидеть или измерить. То есть, проверить непосредственно наши предположения о свойствах квантовой реальности – невозможно. Именно это я имел в виду выше,  когда говорил, что прямых доказательств квантовым идеям нет и не будет. И именно в связи с этим в науке существует множество разных «правильных» интерпретаций квантовой механики. Разных – в том смысле, что каждая из них по-своему толкует свойства квантовой реальности. И правильных – в том смысле, что все они не противоречат наблюдаемым физическим явлениям. Как же выбрать «истинно» правильную интерпретацию, если мы не можем заглянуть в квантовую реальность и проверить? Предлагаю поступить просто: выбрать ту, которая представляется наиболее понятной. Что-то в этом духе я и попытаюсь вам предложить.



Продолжение тут


Tags: ,

Comments

From:valambar
Date:Март 27, 2018 01:10 pm

*** Ох, чувствую, зря я провёл аналогию с религией. ***

(Link)
Нет, не зря. Квантовая механика, после того, как я с ней познакомился, показала мне, что ею вполне можно описывать христианские понятия - например, Царство Небесное, грехопадение, бессмертие души.
В частности, Царство Небесное - в христианстве это нечто неразрушимое и вечное, в котором "несть болезнь, ни печаль, ни воздыхание", то есть мир, в котором никакая информация не теряется, энтропия не растет (и не просто не растет - ее там вообще нет). В квантовой механике это - "мир волновых функций", в котором все изменения идут по закону унитарной эволюции и информация там сохраняется полностью, роста энтропии нет (как и самой энтропии, т.к. волновая функция дает полную информацию о системе).
Грехопадение - это состояние невозможности воспринимать Царство Небесное (мир волновых функций), состояние, в котором есть разрушение и смерть (второй закон термодинамики с ростом энтропии), неполнота информации (квантовая вероятность дает каждый раз случайно только одно состояние из всех возможных, и какое выпадет - нать мы не можем).
Так что рекомендую Вам почитать источники по православному догматическому богословию, и там Вы увидите странное соответствие с квантовой механикой.
[User Picture]
From:eslitak
Date:Март 27, 2018 06:22 pm

Re: *** Ох, чувствую, зря я провёл аналогию с религией. ***

(Link)
> В квантовой механике это - "мир волновых функций", в котором все изменения идут по закону унитарной эволюции и информация там сохраняется полностью, роста энтропии нет (как и самой энтропии, т.к. волновая функция дает полную информацию о системе).

С другой стороны, унитарная эволюция детерминирована, а значит не оставляет Богу возможности для "легального" вмешательства в ход событий, а человеку - места для проявления свободы воли. А вот абсолютно случайный (или кажущийся нам таковым) выбор одной из множества возможных альтернатив в момент квантовой редукции как раз такие возможности даёт.

> Так что рекомендую Вам почитать источники по православному догматическому богословию, и там Вы увидите странное соответствие с квантовой механикой.

Поиском подобных соответствий предлагаю заняться более продвинутым в
богословии авторам. Кстати, наверное, хорошая тема для докторской
диссертации по теологии: показать, что именно православные догматы (не католические, не протестантские, не мусульманские и т.д.) наилучшим образом согласуются с идеями квантовой механики. Я же, как натурфилософ, могу высказать только <технические> соображения на предмет соответствия между религией и квантовой механикой. Типа того, что написано в предыдущем абзаце.
Разработано LiveJournal.com