Новый квантовый парадокс уточняет, в каком случае наши представления о реальности оказываются неверными

https://www.quantamagazine.org/frauchiger-renner-paradox-clarifies-where-our-views-of-reality-go-wrong-20181203/
  • Перевод

Новый мысленный эксперимент взбудоражил мир основ квантовой физики и заставил физиков уточнить, как различные интерпретации квантовой теории (многомировая или копенгагенская) заставляют отказаться от кажущихся разумными предположений, касающихся реальности.



Если монетка не может выпасть орлом и решкой одновременно, физикам нужно отбросить простые предположения касаемо природы реальности

Никто не спорит с тем, что квантовая механика является успешной теорией. Она делает потрясающе точные предсказания по поводу природы мира на микроскопических масштабах. Споры, продолжающиеся уже почти сто лет, касаются того, что она говорит нам по поводу существования и реальности объектов. Есть целая куча интерпретаций, дающих свой ответ на этот вопрос, каждая из которых требует поверить определённым, и пока неподтверждённым заявлениям – то есть, предположениям – касающимся природы реальности.

Новый мысленный эксперимент бросает вызов этим предположениям и раскачивает основы квантовой физики. Он, конечно, и сам странный. К примеру, он требует проводить измерения, способные стереть любые воспоминания о только что проделанном наблюдении. С людьми это невозможно, а квантовые компьютеры могли бы провести такой странный эксперимент и, теоретически, найти различия между разными интерпретациями квантовой физики.

«Периодически возникают работы, которая порождает активные споры, размышления и обсуждения – и это как раз такой случай, — сказал Мэтью Лейфер, специалист по квантовой физике из Университета Чапмена в Орандже, Калифорния. – Этот мысленный эксперимент добавят в канон странных вещей, встречающихся в основах квантовой физики».

Эксперимент разработали Даниэла Фраухигер и Ренато Ренер из Швейцарского федерального технологического института, и он включает в себя набор предположений, на первый взгляд вполне разумных. Однако он приводит к противоречиям, что говорит о том, что как минимум одно из предположений неверно. Выбор неверного предположения влияет на наше понимание квантового мира и указывает на возможность того, что квантовая механика – не универсальная теория, неприменимая к сложным системам, например, к людям.

Квантовая физика печально известна расхождениями в интерпретациях уравнений, использующихся для описания происходящего в квантовом мире. Но в новом мысленном эксперименте страдают сразу все интерпретации. Каждая из них противоречит тому или иному предположению. Может ли нас ждать что-то совершенно новое в поисках непротиворечивого описания реальности?



Квантовая теория прекрасно работает на масштабах фотонов, электронов, атомов, молекул, и даже макромолекул. Но применима ли она к системам, сильно превышающим размер макромолекул? «Экспериментально мы не подтвердили применимость квантовой механики на более крупных масштабах – под крупным имеется в виду размер порядка вируса или небольшой клетки, — сказал Реннер. – В частности, мы не знаем, распространяется ли она на объекты размером с людей, или тем более на объекты размером с чёрные дыры».

Несмотря на отсутствие эмпирических доказательств, физики считают, что квантовую механику можно использовать для описания систем на всех масштабах – то есть, что она универсальна. Для проверки этого предположения Фраухигер и Ренер придумали свой мысленный эксперимент, расширяющий работу Юджина Вигнера 1960-х годов. Новый эксперимент показывает, что в квантовом мире два человека могут не согласиться по поводу вроде бы бесспорного результата, допустим, выпадения монеты, что говорит о том, что в предположениях относительно квантовой реальности чего-то не хватает.

В стандартной квантовой механике квантовая система, например субатомная частица, представлена математической абстракцией под названием волновая функция. Физики рассчитывают эволюцию волновой функции частицы во времени.


Юджин Вигнер, американский физик и математик венгерского происхождения, лауреат Нобелевской премии по физике в 1963 году, одна из ключевых фигур в развитии квантовой теории.

Однако волновая функция не даёт нам точного значения свойств частицы, например, её местоположения. Даже если мы хотим узнать, где находится частица, значение её волновой функции в любой момент пространства и времени позволяет нам рассчитать только вероятность обнаружения частицы в этом месте. А до того, как мы будем искать её в этом месте, волновая функция распределена, и назначает различные вероятности нахождения частицы в различных местах. Говорят, что частица находится в квантовой суперпозиции, присутствуя во многих местах одновременно.

В общем случае квантовая система может находиться в суперпозиции состояний, где «состояние» относится и к другим свойствам, например, к спину частицы. Мысленный эксперимент Фраухигер-Ренера манипулирует сложными квантовыми объектами – возможно, даже людьми – оказывающимися в суперпозиции.

В эксперименте есть четыре действующих лица: Алиса, друг Алисы, Боб и друг боба. Друг Алисы находится в лаборатории, проводя измерения квантовой системы, а Алиса стоит снаружи, следя за лабораторией и за другом. Друг Боба находится в другой лаборатории, а Боб наблюдает за ним и за лабораторией, считая их одной системой.

В первой лаборатории друг Алисы измеряет результаты эксперимента по подбрасыванию монеты, который устроен так, что монета выпадает орлом в трети случаев и решкой в двух третях случаев. Если выпадает орёл, друг Алисы изготавливает частицу со спином, направленным вниз, а если решкой, он готовит частицу в суперпозиции, у которой спины направлены вверх и вниз одновременно в равных пропорциях.

Друг Алисы отправляет частицу другу Боба, и тот измеряет её спин. На основе результата друг Боба может сделать вывод по поводу того, что друг Алисы увидел после броска монеты. Если, к примеру, он обнаруживает частицу со спином, направленным вверх, он знает, что выпала решка.



Эксперимент продолжается. Алиса измеряет состояние своего друга и лаборатории, считая их одной квантовой системой, и использует квантовую теорию для составления предсказаний. Боб делает то же самое со своим другом и лабораторией. Первое предположение: действующее лицо может анализировать другую систему, даже сложную, в которой участвуют и другие лица, используя квантовую механику. Иначе говоря, квантовая теория универсальна, и всё во Вселенной, включая лаборатории целиком (и учёных внутри них) работает по правилам квантовой механики.

Это предположение позволяет Алисе рассматривать её друга и лабораторию как одну систему и проводить определённые измерения, которые ставят всю лабораторию, включая и её содержимое, в суперпозицию состояний. Это не простое измерение, из-за которого эксперимент и оказывается странным.

Проще всего понять этот процесс, рассмотрев единственный фотон, находящийся в суперпозиции горизонтальной и вертикальной поляризаций. Допустим, мы измеряем поляризацию, и находим, что она вертикальна. Теперь, если мы будем продолжать измерять поляризацию фотона, она всё время будет вертикальной. Но если мы измерим вертикально поляризованный фотон с тем, чтобы узнать, не поляризован ли он в другом направлении, скажем, под 45 градусов к вертикали, мы обнаружим, что существует 50% вероятность того, что так и есть, и 50% вероятность того, что это не так. Теперь, если мы вернёмся к измерению того, что мы считали вертикально поляризованным фотоном, мы обнаружим, что есть шанс, что он уже не вертикально поляризован, и приобрёл горизонтальную поляризацию. Измерение 45-градусной поляризации вернуло фотон в суперпозицию горизонтальной и вертикальной поляризаций.

Это всё прекрасно работает для одной частицы, и такие измерения были успешно подтверждены в реальных экспериментах. Но в мысленном эксперименте Фраухигер и Ренер хотят сделать нечто похожее со сложными системами.

На данном этапе эксперимента друг Алисы уже увидел, как монетка выпала орлом или решкой. Но сложные измерения Алисы приводят лабораторию, включая и друга, в состояние суперпозиции наблюдений орла и решки. В таком странном состоянии от друга Алисы больше ничего не требуется.


Ренато Ренер, физик из швейцарского института, придумал парадокс вместе Даниелой Фраухигер, покинувшей это учреждение вскоре после их совместной работы

Но Алиса ещё не закончила. На основании её сложного измерения, результат которого можно представить просто в виде «да» или «нет», она может узнать о результате измерений, проделанных другом Боба. Допустим, Алиса получает «да». Используя квантовую механику, она может вычислить, что друг Боба нашёл спин частицы направленным вверх, и следовательно, друг Алисы увидел выпадение решки.

Это наблюдение Алисы влечёт за собой другое предположение по поводу её использования квантовой теории. Она не только знает этот результат, она знает, как именно друг Боба использовал квантовую теорию, чтобы прийти к своему заключению по поводу результата броска монеты. Алиса также делает это заключение. Предположение непротиворечивости утверждает, что предсказания, сделанные разными лицами, использующими квантовую теорию, не противоречат друг другу.

Тем временем Боб может провести такое же сложное измерение своего друга с лабораторией, поместив их в квантовую суперпозицию. Ответ вновь может быть «да» или «нет». Если Боб получает «да», измерение позволяет ему заключить, что друг Алисы должен был увидеть орла на монете.

Ясно, что Алиса и Боб могут проводить измерения и сравнивать свои предположения по поводу результата броска монеты. Но здесь используется ещё одно предположение: если измерения лица говорят, что монета упала решкой, тогда противоположный факт – выпадение орла – не может быть истинным.

Теперь всё готово к противоречию. Когда Алиса получает «да» в измерении, она предполагает, что монетка упала решкой, а когда Боб получает «да», он предполагает, что монетка упала орлом. Большую часть времени Алиса и Боб получают противоположные результаты. Но Фраухигер и Ренер показали, что в одном случае из двенадцати Алиса и Боб получат «да» в одном и том же случае, в результате чего они не согласятся с тем, увидел ли друг Алисы орла или решку. «В результате оба они рассуждают о случившемся событии, оба уверены в результате, но их заявления противоположны, — сказал Ренер. – Это и есть противоречие. Это говорит о том, что что-то не так».

Это позволило Фраухигер и Ренеру заявить, что одно из трёх предположений, лежащих в основе мысленного эксперимента, неверно.



«И здесь наука останавливается. Мы просто знаем, что одно из трёх неверно, и не можем убедительно доказать, какое именно нарушается, — говорит Ренер. – Это вопрос интерпретации и вкуса».

К счастью, существует вагон интерпретаций квантовой механики, и почти все из них говорят о том, что происходит с волновой функцией в момент измерения. Возьмём позицию частицы. До измерения можно говорить только о вероятности найти её где-то. После измерения частица принимает определённое положение. В копенгагенской интерпретации измерение заставляет волновую функцию коллапсировать, и мы не можем рассуждать о таких свойствах частицы, как положение, до измерения. Некоторые физики считают, что копенгагенская интерпретация утверждает, что свойства не являются реальными до момента измерения.

Такая форма «антиреализма» была чужда Эйнштейну, как и некоторым современным физикам. Как и понятие измерения, заставляющего волновую функцию коллапсировать, в особенности из-за того, что копенгагенская интерпретация не говорит, что конкретно можно считать измерением. Альтернативные интерпретации теории в основном пытаются либо выдвигать реалистичный подход – где у квантовых систем есть свойства, не зависящие от наблюдателей и измерений – или избегать коллапса, вызываемого измерением, или и то, и другое сразу.

К примеру, многомировая интерпретация принимает за чистую монету эволюцию волновой функции и отрицает её коллапс. Если квантовый бросок монеты может приводить либо к орлу, либо к решке, то в многомировом случае случается и то, и другое, просто в разных мирах. Тогда предположение о существовании одного результата эксперимента, о том, что если монетка упала решкой, она не может одновременно упасть и орлом, становится несостоятельным. В многомировой интерпретации результат броска монеты одновременно оказывается орлом и решкой, поэтому то, что Алиса и Боб иногда получают противоположные ответы, не является противоречием.


Предположение об универсальности квантовой теории нарушают интерпретации, в которых квантовые функции сложных систем спонтанно коллапсируют.
Предположение о непротиворечивости нарушают такие интерпретации, как квантовый байесионизм, в которых результаты измерений зависят от точки зрения наблюдателя.
Предположение о невозможности противоположных результатов нарушают многомировые интерпретации.


«Должен признать, что если бы вы спросили меня два года назад, я бы сказал, что наш эксперимент просто показывает, что многомировая интерпретация хорошо работает, и нужно просто отбросить» требование того, чтобы измерения давали единый результат, сказал Ренер.

Таких же взглядом придерживается физик-теоретик Дэвид Дойч из Оксфордского университета, узнавший о работе Фраухигер-Ренера, когда она появилась на сайте arxiv.org. В той версии работы авторы склонялись к сценарию со множеством миров (последняя версия работы, прошедшая экспертную оценку, и опубликованная в сентябре в Nature Communications, принимает более агностический подход). Дойч считает, что мысленный эксперимент всё же поддерживает многомировую интерпретацию. «Я считаю, что он, скорее всего, убьёт варианты с коллапсом волновой функции или единой вселенной, но они и так уже мертвы, — сказал он. – Не уверен, какой смысл атаковать их снова с применением более крупной артиллерии».



Ренер же изменил свою точку зрения. Он считает, что скорее всего, неверным окажется предположение об универсальности квантовой механики.

Это предположение, к примеру, нарушается т.н. теориями спонтанного коллапса, которые ратуют за – как следует из их названия – спонтанный случайный коллапс волновой функции, не зависящий от измерений. Эти модели гарантируют, что небольшие квантовые системы типа частиц могут оставаться в суперпозиции почти вечно, но чем массивнее становятся системы, тем больше становится вероятность их спонтанного схлопывания в классическое состояние. Измерения просто обнаруживают состояние схлопнувшейся системы.

В теориях спонтанного коллапса квантовую механику нельзя применять к системам с массой больше пороговой. И хотя эти модели ещё только предстоит проверить эмпирически, их пока никто не опроверг.

Николас Гизин из Женевского университета отдаёт предпочтение теориям спонтанного коллапса как способу разрешить противоречие в эксперименте Фраухигер-Ренера. «Мой выход из их затруднения состоит в том, чтобы сказать: Нет, в какой-то момент принцип суперпозиции уже не работает», — говорит он.

Если вы хотите держаться предположения универсальной применимости квантовой теории и единого варианта измерений, тогда вам придётся отказаться от последнего предположения – от непротиворечивости: «предсказания различных действующих лиц, использующих квантовую теорию, не могут противоречить друг другу».

Используя немного изменённую версию эксперимента Фраухигер-Ренера, Лейфер показал, что от этого последнего предположения, или его варианта, придётся отказаться, если копенгагенские теории окажутся верными. В его анализе у этих теорий есть общие атрибуты – они универсально применимы, антиреалистичны (то есть, говорят об отсутствии таких определённых свойств у квантовых систем, как положение, перед измерением) и полны (не существует скрытой реальности, которую теория не может описать). Учитывая эти атрибуты, его работа утверждает, что у заданного измерения нет единого результата, объективно верного для всех наблюдателей. Так что, если в лаборатории у друга Алисы щёлкнул детектор, для неё это будет объективным фактом – но не для Алисы, находящейся снаружи лаборатории и моделирующей её всю посредством квантовой теории. Результаты измерений зависят от точки зрения наблюдателя.

«Если вы хотите поддерживать копенгагенскую точку зрения, то лучшим способом будет перейти к этой версии разных перспектив», — сказал Лейфер. Он указывает, что некоторые интерпретации, к примеру, квантовый байесианизм, или КБизм, уже приняли подход субъективности результата измерения для наблюдателя.

Ренер считает, что отказ от этого предположения уничтожит возможность действующих лиц узнавать о том, что знают другие; такую теорию можно просто отбросить, как солипсизм. Любая теория, движущаяся в направлении субъективности фактов, должна как-то переопределить способ передачи знаний, чтобы он удовлетворял двум противоположным ограничениям. Он должен быть достаточно слабым, чтобы не провоцировать парадокса, наблюдаемого в эксперименте Фраухигер-Ренера. Но он должен быть достаточно сильным, чтобы его не обвинили в солипсизме. Пока ещё никому не удалось сформулировать подобную теорию, удовлетворяющую всех.



Эксперимент Фраухигер-Ренера порождает противоречия между тремя вроде бы разумными предположениями. Попытки объяснить, как различные интерпретации квантовой теории нарушают эти предположения, были «чрезвычайно полезными упражнениями», сказал Роб Спекенс из Института теоретической физики Периметр из Канады.

«Этот мысленный эксперимент – великолепная линза, через которую можно изучить различия мнений между разными лагерями, исповедующими интерпретации квантовой теории, — сказал Спекенс. – Не думаю, что он на самом деле устранил варианты, поддерживаемые людьми до этого, но он точно выяснил, во что именно должны верить различные лагеря интерпретаций, чтобы избежать противоречий. Он помог прояснить позиции людей в связи с некоторыми из этих проблем».

Учитывая, что теоретики не могут отделить интерпретации, экспериментаторы думают, как можно реализовать этот мысленный эксперимент, надеясь прояснить проблему. Но это будет задача не из лёгких, поскольку эксперимент выдвигает странные требования. К примеру, когда Алиса проводит особое измерение её друга и лаборатории, оно помещает всё, включая мозг друга, в суперпозицию состояний.

Математически это сложное измерение эквивалентно тому, что мы сначала обращаем вспять временное развитие системы – то есть, память действующего лица стирается, а квантовая система (частица, которую оно измеряло) возвращается в первоначальное состояние – а потом проводим более простое измерение только одной частицы, сказал Говард Вайзман из Университета Гриффита из Австралии. Измерение может быть простым, но, как очень вежливо указывает Гизин, «Обращение вспять действующего лица, в том числе его мозга и памяти, является щекотливой частью эксперимента».

Тем не менее, Гизин не отрицает, что, возможно, когда-нибудь этот эксперимент можно будет провести при помощи сложных квантовых компьютеров, в качестве действующих лиц внутри лабораторий (играющих роль друзей Алисы и Боба). В принципе, временное развитие квантового компьютера можно обратить вспять. Одна из возможностей состоит в том, что такой эксперимент воспроизведёт предсказания стандартной квантовой механики одновременно с тем, как квантовые компьютеры будут становиться всё сложнее. А может, и нет. «Другая альтернатива состоит в том, что в какой-то момент, разрабатывая квантовые компьютеры, мы упрёмся в ограничение принципа суперпозиции, и обнаружим, что квантовая механика не универсальна», — сказал Гизин.

Лейфер же ратует за что-то новенькое. «Думаю, что правильная интерпретация квантовой механики не будет похожей ни на одну из приведённых», — сказал он.

Он сравнивает текущую ситуацию с квантовой механикой с временами, предшествовавшими появлению Эйнштейна с его специальной теорией относительности. Экспериментаторы не нашли никаких признаков "светоносного эфира" – среды, сквозь которую световые волны, как считалось, распространяются в ньютоновской вселенной. Эйнштейн утверждал, что эфира не существует. Он показал, что пространство и время изменчивы. «До Эйнштейна нельзя было подумать, что изменяться будет структура пространства и времени», — сказал Лейфер.

Он считает, что квантовая механика сейчас находится в сходной ситуации. «Возможно, что мы делаем безусловные предположения по поводу того, как должен быть устроен мир, которые на самом деле неверны, — сказал он. – Когда мы изменим их, когда мы поменяем предположения, всё внезапно встанет на свои места. Надеюсь на это. Любой человек, скептически оценивающий все интерпретации квантовой механики, должен рассуждать примерно так. Могу ли я рассказать вам о подходящем кандидате на такое предположение? Если бы мог, я бы работал над этой теорией».
Поделиться публикацией

Комментарии 50

    –1
    del
      +2
      Странный какой-то эксперимент. Если друг Боба изменил спин присланной ему частицы и выяснил, что он направлен вниз, он не получил информации и не может сделать вывод о том, какой стороной выпала монета. Соответственно, он гадает, равно как гадает сам Боб, измерив лабораторию друга Боба, потому как в его измерении частица, переданная от друга Алисы, тоже будет иметь спин, направленный вниз. Вот что Боб намеряет в мозгах друга Боба — уже интересно, но вполне в состоянии сломать неопределенность состояния одной взятой частицы. А выводы-то какие дикие — слов нет.
        0
        Это предположение, к примеру, нарушается т.н. теориями спонтанного коллапса, которые ратуют за – как следует из их названия – спонтанный случайный коллапс волновой функции, не зависящий от измерений. Эти модели гарантируют, что небольшие квантовые системы типа частиц могут оставаться в суперпозиции почти вечно, но чем массивнее становятся системы, тем больше становится вероятность их спонтанного схлопывания в классическое состояние. Измерения просто обнаруживают состояние схлопнувшейся системы.

        Когда я в детстве читал книжку про квантовые состояния, вот эта мысль пришла мне в голову самой первой (т.е. «все вы про кошку и её Шрёдингера врёте, неопределенность же работает только с маленькими частицами»). Но в физику меня не потянуло (а потянуло к компьютерам), так что я думал, что это предположение так и остается моим личным «ИМХО», а у настоящих физиков оказывается целые теории «спонтанного коллапса» есть!
          0
          Кот — это наблюдатель, dixi.
            0
            в многомировом случае случается и то, и другое, просто в разных мирах.… В многомировой интерпретации результат броска монеты одновременно оказывается орлом и решкой, поэтому то, что Алиса и Боб иногда получают противоположные ответы, не является противоречием.

            Так и есть. Наблюдатель влияет на состояние в наблюдаемой системе, фактом своего наблюдения. Пока наблюдаемое в неопределенности, наблюдатель так же находится в неопределенности и затем фиксируется в одной из реальностей )
            0
            «все вы про кошку и её Шрёдингера врёте, неопределенность же работает только с маленькими частицами»
            Кот состоит из огромного количества таких же маленьких частиц. Наверно все же было бы логично предположить, что неопределенность будет иметь проявление и на коте тоже. Почему нет?
              0
              так ведь он не просто «состоит из», они между собой взаимодействуют!
              конечно, в какие-то моменты какая-нибудь частица внутри кота сможет начать проявлять свою неопределенность. Но ее соседи очень скоро укажут на недопустимость такого поведения и поставят на место.
                0
                В конденсате Бозе—Эйнштейна соседи как-то научились договариваться.
                  0
                  Как правило, конденсироваться бозоны заставляет внешнее воздействие. Это можно сделать даже при температуре 300 К, получив например источник фотонов с полушириной 1.2 мэВ (что весьма странно, ведь характерное размытие должно быть хотя бы 26 мэВ). Так же заодно получается сконцентрировать излучение в угле шириной где-то 10 градусов — практически лазер.
                    0
                    пфф, сколько их там в конденсате? хотя бы на полпроцента от числа Авогадро соберется?
                    А теперь сравните с котом: у него этих чисел Авогадро — ну просто завались.
                      0
                      Просто пока нет конкретных теоретических предпосылок, нет смысла заранее выводить из них следствия. Сначала сотни атомов — это дофига. Потом кот — это дофига. А потом вспоминается, что сверхтекучий гелий и сверхпроводимость являются вариациями БЭК на вполне себе макроскопических масштабах, и даже появляются работы, где описываются БЭК-объекты размером со звезду.

                      Схлопывание состояния — это постулированный костыль, примотанный к теории синей изолентой вместе с другим костылём под названием «измерение», так что если вместо них под теорию будет подведена внятная база, то я только порадуюсь (хотя, скорее всего, ни слова там не пойму). Но будет ли там участвовать количество атомов, и если да — то в каком виде, пока сложно предугадать. Подход «очевидно же» квантмеху обычно до лампочки.
                        0
                        ээ… эти БЭК-объекты, они такие при комнатной температуре и давлении?

                        Вода ведь тоже разная в разных внешних условиях, хотя первая ассоциация на вопрос «какая?» будет «мокрая и жидкая».
                        Странно, что это «постулированный костыль, примотанный к теории синей изолентой вместе с другим костылём»© — я почему-то думал, что он лежит рядом со сверхпроводимостью, которая тоже от материала, температуры и т.д. зависит и тоже «схлопывается».
                          0
                          ээ… эти БЭК-объекты, они такие при комнатной температуре и давлении?
                          Разумеется, нет. Но в исходном сообщении ни про какие температуры и давления речи не шло, говорилось только про количества частиц, я спорил именно с этим предположением, что «много частиц — обязательно кирдык квантам».

                          Странно, что это «постулированный костыль, примотанный к теории синей изолентой вместе с другим костылём»© — я почему-то думал, что он лежит рядом со сверхпроводимостью, которая тоже от материала, температуры и т.д. зависит и тоже «схлопывается».
                          Честно говоря, не уловил связи с моим сообщением. Я говорил о том, что сейчас нет определения термина «измерение» и нет объяснения, почему эта процедура вызывает коллапс волновой функции. Поэтому непонятно, как без этих основ можно рассуждать о том, приводит ли скопление большого числа частиц к самопроизвольному коллапсу или нет. Для начала надо разобраться, наконец, что же это такое и почему он происходит вообще, и только потом можно начинать уточнять условия. Но над этим уже больше века ломают голову лучшие умы.
                            0
                            См. мой ответ над Вашим. 300 К — вполне подходящая температура, есть пара подходящих веществ для этого.
                            Правда это конденсация не атомов, а поляритонов. И конечно при 20 К лучше выходит, чем при 300 К. Но и при 300 К получается «лазер» с шириной спектра в 2 раза ниже, чем kT = 26 мэВ.
                            P.S. И там как раз условие «много частиц» = «конденсат»!
                +6
                Но Фраухигер и Ренер показали, что в одном случае из двенадцати Алиса и Боб получат «да» в одном и том же случае, в результате чего они не согласятся с тем, увидел ли друг Алисы орла или решку.

                Вот самое интересное, как всегда, не рассказали, а лишь упомянули в одном предложении. Зато столько воды налили...

                  0
                  Вот да, опять «магическое» 12…
                  Я как-то писал:
                  все продвинутые физические теории, начиная с ТО, настолько далеки от «повседневного здравого смысла», что ужас-ужас. Не добавляет оптимизма и их изложение…
                  Вспоминается показательный пример с книжкой, призванной изложить основы теории струн, где без сколько-либо внятных пояснений утверждалось, что 1+2+3+4+5+...=-1/12.
                  Я не поленился тогда из любопытства слазить в источник. Ну что сказать, физики в той книжке, похоже, просят поверить им на слово:
                  One finds that this is the case only for the specific value A = −1, and only if the spacetime dimensionality is precisely D = 26.
                  We do not wish to spend this much time on light-cone quantization, so we will try to show that the result is plausible without a systematic treatment. We assure the reader that we will obtain the values of A and D honestly
                  И выражают A через D при помощи суммы расходящегося ряда, объясняя это тем, что в силу каких-то соображений далее могут просто взять и отбросить часть, пропорциональную длине струны…
                +3
                Скотт Ааронсон как всегда прекрасен на этот счет:
                In quantum mechanics, measure or measure not: there is no if you hadn’t measured.
                В квантовой механике, измеряй, не измеряй, не существует «если бы» ты не измерил.

                Комментарии особенно хороши: собственно Реннер сам пришел и поспорил:)

                А еще вот годное описание статьи от арстехники.
                  +1
                  Говорят, что частица находится в квантовой суперпозиции, присутствуя во многих местах одновременно.


                  Что-то мне кажется, что суперпозиция — это когда волновая функция частицы есть линейная комбинация «чистых» решений уравнения Шрёдингера. А присутствие во многих местах — это собственно факт «размазанности вероятности» относительно классической траектории.

                  К примеру, многомировая интерпретация принимает за чистую монету эволюцию волновой функции

                  Проблема ещё в том, что под непрерывным воздействием широкого спектра ВФ может эволюционировать буквально каждый момент времени. В таком случае у нас в каждый момент «бросок решает» перейдет ли частица из состояния №1 в №2 или может №3. Так что много миров придется создавать:)

                  И собственно это я к тому, что классическая система (типа человека), описанная например системой уравнений Гамильтона, может быть рассмотрена как огромное число квантовых частиц, скажем 10^26 атомов, взаимодействующих между собой ЭМ силами. И каждый момент происходит упомянутая выше эволюция, система переходит в новое состояние (или не переходит), правда энергия в целом должна сохраниться.
                    0
                    Жил плотник Чарли Брэттиксон,
                    Был к алгебре пристрастен он.
                    И выпилил однажды днем
                    Куб c отрицательным ребром.
                    Да, есть над чем подумать тут:
                    Ребро длиною в минус фут!
                    Идея здесь весьма остра:
                    Ничто на фут длинней ребра! [...]
                    Шесть раз (чему он был не рад)
                    Наш Чарли спиливал квадрат,
                    И весь вспотел, поскольку был
                    Плюс фут в квадрате — каждый спил!..
                    ©Дж. А. Линдон
                    Люди пытаются применить гуманитарные инструменты к насквозь математической концепции и удивляются, что получается какая-то фигня.
                    Но ведь может же быть такое, что существуют области знания, в принципе не поддающиеся переводу на естественный язык? Которые можно понять, осмыслить, исследовать и использовать только манипулируя «языком» математики.
                      0

                      А какое отношение эти области тогда будут иметь к физически наблюдаемой реальности? Никто ж не спорит, что, как говорил один наш препод, вложить шестимерный куб в восьмимерное пространство может любой математик, а вот представить это — разве что Анатолий Тимофеевич Фоменко. Но в нашей реальности таких объектов и таких отношений не найдено, а если найдут — то и описание на естественном языке в конечном счёте появится.

                        0
                        «Праджняпарамита, ни речью, ни мыслью невыразимая....»
                          0
                          Искривлённое четырёхмерное пространство-время тоже представить не получается, однако ж, вот, живём в нём.
                            0
                            В нём живут лишь те, кто отождествляет объект изучения — взаимодействие материи и пространства — с описывающей его абстракцией — ОТО. Объект остаётся неизменным, а описывающие его теории меняются. Вот ждём квантовую теорию гравитации, она наверняка раскроет природу этого явления, и тогда будем лучше представлять, в каком пространстве, в какой среде мы живём.
                            0
                            Приспособят к чему-нибудь, дайте время. Вон, комплексные числа сначала простым фокусом считались, а сейчас ими цепи переменного тока считают. Многомерные пространства давно используют для преставления связанных массивов независимых величин. И между прочим, в быту шестимерный куб в восьмимерном пространстве — это ещё цветочки. В обонятельном органе человека, например, около 350 независимых рецепторных белков, и можно сказать, что просто принюхиваясь к запаху котлеток на кухне мы пытаемся определить координаты многомерной зоны в 350-мерном пространстве.
                          0
                          квантовые компьютеры могли бы провести такой странный эксперимент и, теоретически, найти различия между разными интерпретациями квантовой физики

                          Почему «теоретически»? Каких именно возможностей существующих КК не хватает для этого?
                            +2
                            Гуманитарных. С математической точки зрения никаких проблем нет, формулы и расчёты работают. Предложенный эксперимент из серии «что произойдёт, если всесокрушающее ядро врежется в несокрушимый столб», для которого тоже всё как-то не хватает достигнутых наукой возможностей: то ядра слабоваты, то столбы хиловаты…
                            Заметьте, что в вышеописанном опыте предполагается переводить в состояние суперпозиции наблюдателя. Тогда как те интерпретации, которые предполагается проверять, создавались в предположении, что система состоит из квантового объекта и «классического» наблюдателя, для которого квантовые эффекты пренебрежимо малы. Конечно, они не работали и не будут работать, если наблюдатель тоже становится квантовым и подвержен всем тем же эффектам.
                              0
                              Конечно, они не работали и не будут работать, если наблюдатель тоже становится квантовым и подвержен всем тем же эффектам.

                              Но ведь это именно аргумент в статье: наблюдатель там квантовый, описывается волновой функцией и тд. Единственное, что он может сам производить некоторые вычисления (т.е это должен быть квантовый компьютер по факту).
                            0
                            А как же декогеренция? Основная помеха для развития кв. компов) Существует целая теория на это счет. Многое объясняет, и позволяет сделать выбор в пользу вероятностной модели (копенгаген. интерпретации) КМ, и механизма ее связи с классической реальностью. Цитата из англ. вики:
                            Decoherence does not claim to provide a mechanism for the actual wave-function collapse; rather it puts forth a reasonable mechanism for the appearance of wave-function collapse. The quantum nature of the system is simply «leaked» into the environment so that a total superposition of the wave function still exists, but exists — at least for all practical purposes[27] — beyond the realm of measurement.[28] Of course, by definition, the claim that a merged but unmeasurable wave function still exists cannot be proven experimentally. Decoherence explains why a quantum system begins to obey classical probability rules after interacting with its environment (due to the suppression of the interference terms when applying Born's probability rules to the system).
                            В соответствии с этим в макроскопической реальности можно найти прообразы волновой функции, ее коллапса, и даже соотношений неопределенности. Декогеренция также хорошо согласуется с синергетическим подходом к объяснению взаимосвязи описания квантового и классического уровня реальности. Хотя они связаны принципом соответствия Бора, практически описать макроскопические системы с помощью законов КМ не представляется возможным, из-за вычислительных сложностей (хотя имеются некоторые исключения). Эта ситуация напоминает ситуацию с классической статфизикой, с описанием, к примеру, поведения газа в сосуде. Даже с простой моделью молекул газа, как упругих шариков, с использованием законов классической механики (идеальный газ), в случае, когда частиц в сосуде много. Происхождение макроскопических параметров системы, таких как давление понятно, и выводится из стат. распределения свойств молекул, однако непосредственно расчитаны, из-за вычислительных сложностей, не могут быть. Другой пример — свойства нейронов головного мозга, их взаимосвязи, хотя и изучены достаточно подробно, не позволяют с помощью моделирования описать такие свойства целостного мозга, как мышление, из-за вычислительных трудностей, связанных с большим числом нейронов и их взаимосвязей. Хотя такие проекты развиваются. Возможно ансамблевый подход, как в статфизике, также позволит в модельных нейросетях прояснить некоторые механизмы работы мозга.
                              0
                              Авторов интересует наиболее фундаментальный вопрос об интерпертациях, декогеренция — все таки уход от идеального случая. В конце концов, декогеренция — просто уход квантовой информации в недоступные для измерения степени свободы окружающего мира.
                                0
                                практически описать макроскопические системы с помощью законов КМ не представляется возможным

                                Что я могу сказать по поводу такого утверждения. Описать макроскопическую системы мы можем как с помощью классического уравнения, так и с помощью квантового. Решение же задачи типа «5 частиц взаимодействуют за счет ЭМ сил» (записанное в виде уравнения из предыдущего предложения) скорее всего невозможно ни в классической механике, ни в квантовой. Можем для квантовой задачи (ур-е Ш-ра) сделать приближение к классической механике (ур-ие Гамильтона-Якоби), а можем — на 1 порядок сложнее по параметру h-приведенное (смотрите последний пункт по этой ссылке).
                                Точное решение этого уравнения (я имею в виду это, а точнее — разложение большей точности S = S1 + h*S2 + h^2*S3) мы вероятно не получим даже для взаимодействия 2 тел.
                                0
                                Решение же задачи типа «5 частиц взаимодействуют за счет ЭМ сил» (записанное в виде уравнения из предыдущего предложения) скорее всего невозможно ни в классической механике, ни в квантовой.
                                Вероятно, если не удается решить классическую задачу трех и более тел, что говорить про квантовую область… только различные приближения, для специальных случаев и условий. Но есть надежда, что нейросети в перспективе помогут в решении этой задачи. Каким образом? Путем подсматривания у природы) Она решает любые задачи, на всех уровнях, для любого числа тел) Нужно только зафиксировать этот процесс, оцифровать, и произвести обучение нейросети. На вход подавать информацию о взаимодействии N тел или частиц в момент Ti, и предсказывать их результат в момент Ti+1, используя рассоглосование, как критерий обучения. Есть надежда, что сеть построит глобальную аппроксимацию задачи, и позволит делать предсказания для произвольных случаев. Как то же нейросеть мозга решает подобные задачи, пусть не напрямую, но для куда более сложных объектов и условий. Что может природа, сможет и человек повторить, с пользой для себя)
                                  –1
                                  Я наблюдаю какой-то дурдом. Статья переведена криво, но и исходный текст ни а чом. Такое впечатление, что те кто пишут про кванттвую механику, только делают вид, что в ней разбираются. И несут ахинею, играя словами, получая псевдонаучный текст. И находятся люди, которые этот словесный понос переводят. И паходятся люди, которые эту прверхностную бессмысоицу на полном серьезе обсуждают.
                                    0
                                    Ну научная статья-то совсем не ахинея. Я вам поставил минус, подумав, что вы имели ввиду научную статью, а потом понял, что, наверное, вы говорили про оригинал на QuantaMagazin, и он и правда плох. Так что если вы про quantamagazin, прошу прощения…
                                    +1
                                    В понимании крайне запутанного изложения условий парадокса вставки фотографий и фактов биографии неких людей не очень помогают. Но, кажется, это такой современный тренд.
                                      0
                                      Проведите мысленный эксперимент: бросайте монетки размером с кольцо сатурна таким образом чтобы они врашались например вокруг оси перпендикулярной направлению броска и проходящей через центр монетки. Вроде бы не сложно? Теперь на пути монеток поставьте экран размером в тысячу радиусов солнечной системы и массой в миллиард монеток с прорезанными в нем двумя щелями шириной в орбиту сатурна а за ним экран и понаблюдайте точки столкновения монеток… Я думаю вы получите картину похожую на прохождение волны. И создадите теорию опирающуюся на такое сходство. Из этой теории вы сделаете вывад что монетка это волна))) а она тчердое металлическое тело (просто гравитация первого экрана существенно будет зависеть от положения монетки в момент прохождения через щель
                                        0
                                        Мы создадим такой потенциал U = U (r,t), что с точностью до орбиты Сатурна легко направим нашу «монетку».
                                        По крайней мере — пока не остановим импульс монеток по оси «вдоль щели» по величины h/(ширину щели).
                                          0
                                          Источник электромагнитного поля для такого эксперимента будет занимать места в лабратории размером с видимую часть вселенной — не больше чем занимал места источник энергии в лаборатории Резерфорда. Мысленно — легко
                                            0
                                            Я говорю о том, что крупномасштабные «монетки» в любом случае будут хорошо описываться классической механикой (например — уравнение Гамильтона-Якоби).
                                            Классическая траектория длиной в «1000 длин орбиты Сатурна» для «монетки» скажем массой 1/1000 массы Сатурна будет очень слабо отличаться от реальной (описанной квантовой механикой). Но если мы «охладим» наш Сатурн (в смысле монетку) до импульса h/2/pi*4/«длину орбиты» (видимо учитываем только проекцию по направлению текущей касательной), то придется описывать макросистему «Монетка + Солнце» законами квантовой механики.
                                              0
                                              Ошибка в том что вы представляете себе монетку трехмерную (диаметр и толщина сопоставимые) а монетка диаметра и толщины кольца сатурна в космических масштабах двумерный объект и классическая механика его не опишет (надо оторваться от заблуждения о том что элементарные частицы — трехмерные шарики. Тогда найдется объяснение всем «парадоксам») двухмерные объекты в трехмерном пространстве
                                                0
                                                Двумерный, следовательно — безмассовый, следовательно — движется, как фотон, со скоростью света, я правильно понял Вашу логику?
                                                  0
                                                  Масса есть но она зависит от положения монетки относительно наблюдателя и меняется колебательно(если например монетка вращантся. Но возможно она непрерывно колеблется между 2мерным и 1мерным состоянием- вытягивается в иголочку и расплющивается тся в монетку- и так практически вечно сохраняя энергию) классическая и квантовая механика помирятся когда физики оторвутся от заблуждения о существовании абсолютного порога между микро и макро размерами, и применят опыт математиков в описании бесконечно малых и бесконечно больших величин
                                                  0
                                                  Я согласен с тем, что нельзя описать «монетку диаметром с кольца Сатурна» как точечный объект. Если Вы пытаетесь сослаться на какую-то идею про «очень тонкий диск», то и тут есть разумные ограничения применимости классической теории. Например — мы не сможем описать диск из арсенида галлия толщиной 56.53 нм законом Ома. Особенно — если охладим до такой температуры, что длина волны де Бройля электрона (с учетом эффективной массы) достигнет 2/3 толщины диска.
                                                  По поводу понятия «очень большая система частиц плохо описывается классической механикой» — вполне возможно. Даже если классическая траектория каждой частицы имеет длину 100 длин де Бройля, описание системы из 10 тысяч частиц может давать нарастающие ошибки. Условно говоря — мы описываем наиболее вероятную траекторию, но она — 1 из 10 тысяч с вероятностью лишь 1/500.
                                                    0
                                                    Не предлагаю описывать классической механикой траектории миллиардов частиц льда в кольце сатурна. Я о другом: если сгрести частицы кольца сатурна в шарик размером с меркурий то его траекторию опишет классическая механика, а если растянуть в двухмерный объект и крутить то его траекторию опишет квантовая механика.
                                                      0
                                                      Я не представляю, что конкретно даст Вам тонкий лист из атомов. Вот траекторию «движения» электронов в направлении «поперек листа» опишет квантовая механика. Ну и если начинать охлаждать часть из них до температуры низкой, то у частиц с энергией свыше «Энергия Ферми + 10 kT» будет вполне классическое распределение Максвелла-Больцмана. А вот на уровне энергии частиц [0; EF + 2.15 kT] будет квантовый характер, для описания которого нужно брать распределение Ферми-Дирака.
                                                      Если частицы просто крутятся по траекториям на порядки длиннее длины волны д.Б., то не выйдет ничего посчитать по квантовой механике.
                                                        0
                                                        Распределение Максвелла-Больцмана это частный случай (одномерная проекция или описание одномерных объектов в одномерном пространстве) я о большем: о проблеме тупика в развитии физики (разделение по тупиковым коридорам механики круглых шариков и механики волн). Объединяющая теория всего должна опираться на понимание того, что все круглые шарики при близком рассмотрении состоят из не трехмерных элементарных частиц (областей колебания размерности не-трехмерного сжатия и (или) растяжения в трехмерном пространстве) <img src="https://goo.gl/images/66xdbt" alt="image"/>image
                                                          0
                                                          Максвелла-Больцмана — это приближение Ферми-Дирака или Бозе-Эйнштейна. Вот оно для размерностей D = 1-3 не имеет особых отличий, там работает = D/2*kT.
                                                          Не нравится 3 измерения — можете попробовать доказать фальсифицируемость теории струн (там 5 вариантов есть).
                                                          0
                                                          Все эти распределения это проекции синусоиды
                                            0
                                            image
                                              0
                                              1. Во-первых, Алиса измеряет лабораторию с рандомайзером в базисе, в котором рандомайзер находится в состоянии суперпозиции (то есть, Алиса не знает, что происходит в лаборатории после того, как туда заглянет). Что, в общем-то делает все дальнейшие рассуждения бессмысленными, т.к. Алиса и Боб просто не могут вести рассуждения в том стиле, в котором это описано в статье.
                                              2. Сам физический смысл подобного измерения заключается в том, что Алиса заглядывает в лабу и видит монетку, которая одновременно и орлом и решкой. Это посылка, которую делают авторы статьи. Т.о., их посылка сразу противоречит одному из принципов, которые они рассматривают: "Finally, (S) is the requirement that, from the viewpoint of an agent who carries out a particular measurement, this measurement has one single outcome.". Ну просто бы сказали, что S ложно, потому что так по условию эксперимента (и то, что S в квантмехе ложно, и так все знают прекрасно, в этом смысл квантмеха). Зачем огород городить?

                                              Парадокса никакого нет, можно расходиться.

                                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                              Самое читаемое