Интерпретации квантовой механики кот Шрёдингера

               
                Любая физическая теория,
                существенным образом использующая               
                СТО Эйнштейна, ложна.
                П.Г. Баско'в
    
     Конспект составлен по статье dionisdimetor (21 авг. 2023)  об интерпретациях квантовой механики и парадоксе «кот Шрёдингера».

• наблюдение, наблюдатель, суперпозиция – в квантовой механике наблюдением называют измерение свойств, а наблюдателем – измерительные приборы.  До измерения объект находится в суперпозиции нескольких допустимых для него состояний. Суперпозиция – это вероятность, с которой объект обладает теми или иными свойствами. https://yandex.ru/search/?text=+...
• измерение в квантовой механике.  Из определения понятия (очень упрощённо). Измерения в квантовой механике имеют следующие четыре особенности:
1. Приготовление системы в заданном состоянии.
2. Учёт взаимодействие системы с измерительным прибором.
3. Учёт волнового  характера движения частиц.
4. Учёт редукции волновой функции.
    https://studfile.net/preview/9148824/page:20/
• квантовая информация – это информация о состоянии квантовой системы. Является основным предметом изучения квантовой информатики – раздела науки на стыке квантовой механики и теории информации, включающей вопросы квантовых вычислений и квантовых алгоритмов, квантовых компьютеров и квантовой телепортации, квантовой криптографии и проблемы декогеренции. https://ru.wikipedia.org/wiki/% B0...
• КгИ – копенгагенская интерпретации.
• КвМ – квантовая механика.
• мем – способ поделиться быстро важным и понятным.      
   
     Парадоксу «кот Шрёдингера»  88 лет. В 1935 году Эрвин Шрёдингер в своей переписке с Эйнштейном привёл пример мысленного эксперимента, чтобы показать абсурдность применения принципов КвМ в макромасштабах. Он полагал, что система постулатов квантовой теории неполна, потому что любое измерение, при котором квантовомеханическая система взаимодействует с макроскопическим объектом, приводит к парадоксу. Шрёдингер, как и Эйнштейн, скептически относился к квантовой неопределённости и пытался найти альтернативные объяснения необычным свойствам частиц.
     Позже Шрёдингер неоднократно критиковал вероятностную интерпретацию квантовой механики Макса Борна и даже первым высказал на одной из своих лекций идею, что все возможные состояния из волновой функции реализуется, но в разных мирах. Обсуждая с  Эйнштейном физический смысл волновой функции и возможность распространения законов квантовой механики на макроскопические объекты, он писал: «Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной. Внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может  распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться. Если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота в равных долях» [Эрвин Шрёдингер. Текущая ситуация в квантовой механике. 1935].

1. Копенгагенская интерпретация парадокса

     Согласно копенгагенской интерпретации при распаде атома происходит необратимый коллапс волновой функции, то есть суперпозиция «и жив, и мёртв» переходит в состояние: «кот жив» или «кот умер».  Вопрос в том, когда именно происходит это изменение. При срабатывании счётчика Гейгера в момент запутывания его с котом? Когда наблюдатель открывает ящик, или когда информация о его содержимом осознаётся мозгом наблюдателя? Другими словами, где проходит срез Гейзенберга, отделяющий макромир от микромира?
      Копенгагенская школа квантовой механики во главе с Нильсом Бором оставила этот вопрос без ответа. Мол, не нужно заниматься философией, уравнение Шрёдингера и без того прекрасно работает. Однако в 1932 г. Джон фон Нейман всё таки разобрал проблему более детально в своей книге «Математические основы квантовой механики».
     Квантовая механика предсказывает вероятности различных исходов эксперимента, но не определяет, кого считать наблюдателем. Математика КвМ позволяет поместить коллапс волновой функции в любом месте причинно следственной цепочки от измерительного прибора до „субъективного восприятия“ эксперимента наблюдателем. При отсутствии наблюдателя всю физическую Вселенную можно описать единой волновой функцией. Но в присутствии наблюдателя волновая функция коллапсирует, проявляя только одно из множества возможных состояний частицы.
     Если придерживаться ортодоксальной КгИ, то можно прийти к выводу, что КвМ полностью субъективна. Действительно, волновая функция – это знание наблюдателя о квантовой системе, а коллапс волновой функции – субъективное обновление вероятностей при получении наблюдателем новых данных. Чем больше частиц запутаны между собой, тем более классическим становится поведение системы. Однако квантовые свойства никогда не пропадают полностью, они просто становятся слишком слабыми и неразличимыми на макромасштабах. А значит, любые макроскопические объекты, включая людей, могут находится в суперпозиции с точки зрения других людей.

2. Теория декогеренции

     Процесс запутывания квантовомеханической системы с окружающей средой называется декогеренцией. Теория декогеренции напрямую следует из уравнений квантовой механики, но она была сформулирована только в семидесятые годы  немецким физиком Хайнцем Дитером Зи и детально проработана в начале восьмидесятых Эрихом Йоосом и Войцехом Зуреком. При декогеренции система превращается в классический объект вследствие взаимодействия с окружающей средой.
     Запутывание с одной или несколькими частицами назвать декогеренцией ещё нельзя, поскольку такое взаимодействие потенциально обратимо, но когда речь идёт о запутывании с триллионами частиц, как при взаимодействии с измерительным прибором, «распутать» его обратно уже не получится. Теория объясняет преобразование квантовых вероятностей в обычные классические вероятности и проводит условную границу между микро-  и макромиром, не указывая, когда именно происходит коллапс волновой функции, и не решая проблему измерения. В связи с этим она совместима как с копенгагенской, так и с многомировой интерпретацией

3. Обмен мнениями по декогеренции

      В современной КгИ парадокс кота Шрёдингера разрешается следующим образом. По теории  фон Неймана при измерении происходит квантовое запутывание детектора с частицей. Нестабильный атом в случайный момент запутывается со счётчиком Гейгера, затем волна запутывания доходит до кота. По прошествии часа наблюдатель открывает ящик, и его содержимое быстро запутывается с воздухом, светом в лаборатории и   с самим наблюдателем. Сознание последнего не играет в этом процессе абсолютно никакой роли. В конце концов кот (живой или мёртвый) запутается со всей остальной Вселенной, сообщив информацию о себе каждой элементарной частице. Коллапс волновой функции можно поместить на любом этапе запутывания, это ничего не меняет.
     Однако проблемы КгИ, – пишет dionisdimetor  – состоят в следующем:
- где проходит граница между макро-  и микромиром;
- коллапс волновой функции происходит моментально;
- куда деваются альтернативные состояния квантовой системы.
     //Резкой границы между микро- и макромиром нет, однако практический и очевидный критерий определения характера мира есть – в макромире квантовые эффекты пренебрежимо малы. Претензия по мгновенности надумана, т.к. информация может передаваться со сверхсветовой скоростью. Альтернативные состояния (чистая математика квантовой модели, плод воображения) исчезают бесследно в голове наблюдателя, находящегося за пределами камеры.

Источники информации

1. dionisdimetor 21 авг 2023. Интерпретации квантовой механики. На каком свете кот Шрёдингера? – https://habr.com/ru/articles/755944/
                Опубликовано: 03.03.2024