Квантовая механика — самая точная физическая теория в истории человечества — хотя, до сих пор никто толком не понимает, что она описывает

Вот парадокс в чистом виде: формулы работают безупречно, предсказания сбываются с точностью до двенадцатого знака после запятой, квантовые компьютеры уже щёлкают задачи, которые классическим машинам не по зубам. И при этом физики спорят о том, существует ли вообще та реальность, которую эти формулы якобы описывают.

Классическая физика утверждала: вот частица, вот её координата, вот импульс — всё измеримо, всё объективно, всё существует независимо от того, смотришь ты на это или нет. Вселенная работала как огромные часы, и задача физики состояла в том, чтобы описать шестерёнки.

Квантовая механика разнесла эти часы в щепки — и потом очень смутилась по этому поводу.

Волновая функция — главный инструмент теории — описывает систему как суперпозицию возможных состояний. До измерения электрон одновременно «здесь» и «там», спин «вверх» и «вниз». Потом происходит измерение, суперпозиция коллапсирует в одно конкретное состояние. Что значит «коллапсирует»? Что значит «измерение»? Что такое наблюдатель в квантовом смысле — сознательное существо, детектор из металла и кремния, или вся Вселенная целиком?

Копенгагенская интерпретация, которую многие, хотя бы в общих чертах, изучали на курсе общей физики в институте, фактически отвечала на эти вопросы в стиле «не ваше дело». Вычисляй вероятности, применяй формулы, не задавай лишних вопросов — и будешь счастлив. Физики-прагматики этим вполне довольствовались.

Но копенгагенский прагматизм породил проблему измерения — одну из самых неудобных дыр в фундаменте всей науки. Если до измерения объект находится в суперпозиции, а после — в определённом состоянии, то где именно происходит этот переход? Где граница между «квантовым» и «классическим» миром? Её нет. А значит, либо кот Шрёдингера действительно одновременно жив и мёртв вплоть до открытия ящика, либо что-то в нашей концептуальной рамке фундаментально поломано.

В 2002 году физики Кристофер Фукс и Рюдигер Шак предложили интересную интерпретацию. Они назвали её QBism — квантовый байесианизм — и заявили буквально следующее: волновая функция не описывает реальность. Она описывает убеждения конкретного агента.

Не объективное состояние мира. Не структуру Вселенной. Именно убеждения — субъективные, личные, принадлежащие тому, кто производит измерение.

С точки зрения QBism, квантовая механика — это нормативная теория о том, как рациональный агент должен обновлять свои ожидания в свете опыта. Грубо говоря, байесовское обновление вероятностей, поднятое до статуса физического закона. Коллапс волновой функции при измерении — не физический процесс в мире. Это обновление внутреннего состояния агента. Электрон не «выбирает» spin-up в момент измерения. Это агент обновляет своё убеждение о спине электрона.

Звучит как солипсизм? Фукс настаивает, что нет. QBism не отрицает внешний мир — он просто отказывается приписывать волновой функции онтологический статус. Реальность существует. Но квантовые состояния — не её описание. Они описание того, что агент ожидает от своих будущих взаимодействий с реальностью.

Для тех, кто привык думать, что физика занимается описанием объективной реальности — это примерно как узнать, что карта — это не территория, а территория — просто другая карта.

Но QBism решает проблему измерения одним ударом: никакого коллапса не происходит «снаружи», потому что волновая функция никогда не была «снаружи». Нет парадокса кота Шрёдингера, потому что кот описывается волновой функцией конкретного наблюдателя, и когда наблюдатель открывает ящик, он просто обновляет своё убеждение.

Параллельно и независимо итальянский физик Карло Ровелли в 1996 году предложил реляционную квантовую механику — подход, который на первый взгляд звучит похоже на QBism, но исходит из совершенно других оснований.

Ровелли отталкивался от специальной теории относительности. В релятивистской физике понятие «одновременности» не абсолютно — два события могут быть одновременными для одного наблюдателя и не одновременными для другого, движущегося иначе. Никто не считает это парадоксом: просто одновременность реляционна, а не абсолютна. Ровелли предложил то же самое сделать с квантовыми состояниями.

В реляционной интерпретации квантовое состояние системы не существует абсолютно — оно всегда существует относительно другой системы. Электрон имеет определённый спин относительно детектора A, но может быть в суперпозиции относительно детектора B — и оба описания одинаково правомерны. Не потому что физика сломана, а потому что состояние — это просто описание отношения между двумя системами.

Здесь нет байесовских агентов, нет убеждений, нет психологии. Это чисто структурный, межсистемный факт: «состояние» — это ярлык на отношении, а не свойство изолированного объекта. Физические факты — это всегда факты взаимодействия.

Следствия получаются занятные. Если система A наблюдает систему B и фиксирует определённое состояние, а система C в это время не взаимодействует ни с A, ни с B — то для C система B всё ещё находится в суперпозиции. И это не противоречие, не ошибка. Это просто значит, что физическая реальность устроена реляционно, а не абсолютистски. Бога-наблюдателя, видящего мир «в целом» и «извне», нет.

QBism и реляционная механика оригинально расправляются с квантовыми парадоксами. Не решают их в классическом смысле, а скорее объявляют, что парадоксы возникли из неверно поставленных вопросов.

Возьмём парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена и запутанность. Две частицы запутаны — их состояния скоррелированы так, что измерение одной мгновенно «определяет» состояние другой, на каком бы расстоянии та ни находилась.

С точки зрения QBism никакого дальнодействия нет — просто агент обновляет своё убеждение о второй частице, получив информацию о первой. Обновление убеждений не нарушает релятивистскую причинность, потому что убеждения не путешествуют по пространству. С точки зрения реляционной механики — обе частицы имеют определённые свойства только относительно конкретного измерительного прибора, а их «скоррелированность» — это реляционный факт об их общей истории взаимодействия.

Кот Шрёдингера — та же история. Классический «парадокс» возникает, если считать волновую функцию объективным описанием реального кота. Если это просто описание убеждений наблюдателя или реляционное состояние — никакого живого-мёртвого кота нет. Кот находится в определённом состоянии относительно ящика и радиоактивного атома с самого начала. Нам просто недоступна эта информация до открытия ящика — и только поэтому наша волновая функция суперпозиционна. Это наша неопределённость, а не кота.

Похоже, научный реализм устарел: физика уже не обязана описывать реальность как она есть, независимо от наблюдателей.

Впрочем, большинство направлений современной философии с этим полностью согласны. QBism превращает науку в инструмент предсказания личного опыта, что методологически неотличимо от инструментализма. Если волновая функция не реальна — что реально? Голые корреляции измерений? Но тогда что порождает эти корреляции?

Сторонники многомировой интерпретации — наверное, самые непримиримые критики — говорят примерно следующее: Уравнение Шрёдингера описывает реальную эволюцию реального квантового состояния Вселенной — и если следовать ему буквально, то все ветви суперпозиции реализуются, рождая параллельные миры. Никаких агентов, никаких байесовских обновлений, никакой субъективности — только детерминированная, полностью объективная эволюция волновой функции. Наблюдатель в этой картине — просто подсистема, которая сама расщепляется вместе с остальным миром.

Ровелли, в свою очередь, критикует многомировую интерпретацию за то, что она предполагает абсолютную глобальную волновую функцию — то самое «godlike view», которого реляционный подход принципиально избегает.

Если QBism прав — наука описывает не мир, а ожидания агентов. Объективность как краеугольный камень научного метода оказывается удобной фикцией, согласованным способом синхронизации субъективных убеждений. Это не обесценивает науку, но радикально меняет её эпистемологический статус. Физика перестаёт быть картой территории и становится инструкцией по составлению личных карт.

Если реляционная механика права — онтологический индивидуализм рушится. Нет объектов с абсолютными свойствами. Есть сети отношений, и «реальность» — это то, что происходит на пересечениях этих сетей. Ровелли сам сравнивает этот мир с буддийской концепцией взаимозависимого возникновения — и это не случайная метафора. Картина мира как набора независимых объектов с внутренними свойствами уступает место картине мира как паутины отношений без привилегированных узлов.

Обе интерпретации согласны в одном: волновая функция — не реальность. Они расходятся лишь в том, что именно она описывает — убеждения агента или отношение между системами. Оба ответа означают, что сто лет физики по инерции приписывали математическому объекту онтологический статус, которого у него, возможно, никогда не было.

Ни одну из этих интерпретаций нельзя проверить экспериментально. Они все делают одинаковые предсказания, потому что математика одна и та же. Интерпретации — это не физика, это метафизика.

Самое странное во всей этой истории — то, что вопрос «существует ли реальность независимо от наблюдателя» перестал быть философской болтовнёй и стал центральным вопросом физики. Не потому что физики внезапно полюбили Канта. А потому что самая успешная теория, которую когда-либо создавало человечество, упорно не хочет давать на него привычный ответ.

И может быть, это и есть ответ.

"Занимательная физика" (с)

***

Можно занять и непривычную для "объективной" физики - Мета-позицию, и не пытаться считать какую-то из интерпретаций более правильной, чем другие. Каждая (копенгагенская, эвереттовская, QBism, реляционная и т.д.) - это системы координат, и каждой можно пользоваться там, где это наиболее удобно для получения практического результата. А каков мир без наблюдателя "сам по себе"? Вот именно этот вопрос и нужно поставить под вопрос)) Даже с классической точки зрения - как выглядит определённая местность? - Для кого? Это зависит от того, где находится наблюдатель или прибор, а даже в небольших масштабах (например, ваш двор) таких точек наблюдения, с всевозможными ракурсами и учитывая весь спектр только оптического диапазона - огромное множество. И "объективно" он выглядит как суперпозиция (совмещение) всех этих взглядов, что даёт практически "белый шум" - абсолютную абстракцию (ну, один для конкретный двор едва заметно будет отличаться от другого такими совокупными картинками - небольшими отклонениями "белого шума" от "абсолютно белого", а вот в масштабах даже тысяч километров разница между различными ландшафтами, опять же, в совокупности всех взглядов, уже неотличимы).

Источник: vk.com

Комментарии: