Евгений Иванов - Квантовая философия

Итак, первый пункт нашей квантовой онтологии гласит: квантовая реальность сама по себе, безотносительно к измерениям (включающим непременно и наблюдение результатов измерения неким субъектом), «неописуема» – не обладает какими-либо определенными классическими свойствами (координата, импульс и т.п.) и даже не обладает каким-либо определенным квантовым состоянием. Безотносительно к измерениям квантовая реальность есть чистая потенциальность: она обладает лишь способностью обнаруживать те или иные классические наблюдаемые свойства (локализацию, скорость и т. п.), а также способностью обнаруживать (после измерения) те или иные квантовые состояния (тенденции к определенным вероятностным проявлениям тех или иных классических наблюдаемых в последующих измерениях).

Любые классические и даже квантовые характеристики объекта возникают именно в процессе измерения и не существуют до измерения. В противном случае мы не сталкивались бы с феноменом интерференции альтернативных ветвей квантового процесса в случае отсутствия измерения, способного селектировать определенную альтернативу. Но делает ли измерение квантовый объект как таковой более определенным? Переходит ли этот объект из «неописуемого» в некоторое вполне определенное «описуемое» состояние? Внимательный анализ процедуры измерения показывает, что такого перехода из «неописуемого» состояние в «описуемое» самой квантовой системы не происходит. Определенность возникает только в нашем восприятии, но не в самом объекте.

С чисто физической точки зрения всякое измерение есть взаимодействие двух физических систем: измеряемого объекта и измерительного прибора. Предположим, что нам известно квантовое состояние измеряемого объекта до измерения (т. е. имелось предварительное измерение, которое перевело данный объект в одно из собственных состояний оператора Т, соответствующего данному типу предварительного измерения). Обозначим это исходное состояние Ф 0. Далее, предположим, что квантовый объект в состоянии Ф 0не обладает определенным значением той величины, которую мы собираемся далее измерить (т. е. оператор, соответствующий последующему измерению (обозначим его буквой F), не коммутирует с оператором Т, описывающим предварительное измерение). Тогда, для того, чтобы вычислить вероятности исходов будущего измерения, мы должны представить функцию Ф 0в виде суперпозиции Ф 0= c 1f 1+ c 2f 2+…+ c nf n(число n может быть и бесконечным), где f 1 _f n – собственные функции оператора F (т. е. такие квантовые состояния, в которых измеряемая наблюдаемая имеет вполне определенное значение), а с 1 _с nкомплексные коэффициенты, квадрат модуля которых и дает нам вероятности того или иного исхода нашего измерительного эксперимента. В результате измерения мы получаем конкретное значение исследуемой величины и таким образом измеряемая система скачкообразно переходит в одно из собственных состояний оператора F, которое соответствует результату данного конкретного измерения (обозначим это состояние f i). Это и есть процесс редукции волновой функции в процессе измерения: Ф 0скачкообразно превращается в f i. С математической точки зрения акт редукции описывается как вычеркивание из исходной суперпозиции Ф 0= c 1f 1+ c 2f 2+…+ c nf nвсех членов, кроме f iОднако, как показал еще в начале 30-х годов прошлого века И. фон Нейман [1], если измерение описать как взаимодействие двух квантовых систем: измеряемого объекта и измерительного прибора (описываемого некой многочастичной волновой функцией) – то никакой редукции исходного квантового состояния в измерительном процессе не происходит. Напротив, в результате измерения, в силу линейности уравнения Шредингера, измерительный прибор также переходит в суперпозиционное состояние – так, что члены этой суперпозиции будут соответствовать (с теми же весовыми коэффициентами) различным значениям измеряемой наблюдаемой. Вместо того, чтобы показать какое-то определенное значение наблюдаемой, прибор, как квантовый объект, как бы «расщепляется» на множество «копий» (равное числу членов исходной суперпозиции) и каждая из этих «копий» будет показывать тот или иной альтернативный исход данного измерительного эксперимента, так что в совокупности мы получим одновременно все возможные значения наблюдаемой величины в одном эксперименте, а не какое-то одно определенное значение данной наблюдаемой.

Ситуация не изменится и в том случае, если включить в описание измерительной процедуры также и субъекта-наблюдателя, который в данном случае рассматривается как макроскопический физический объект, которому также мы можем приписать некоторую многочастичную волновую функцию, описывающую его квантовое состояние. Анализ шредингеровской эволюции волновой функции, описывающей совместное состояние измеряемой системы, прибора и наблюдателя, показывает, что в результате этого взаимодействия наблюдатель также переходит в суперпозиционное состояние – такое, что каждый член суперпозиции будет описывать отдельный альтернативный исход данного измерительного эксперимента. Таким образом и в этом случае никакой редукции квантового состояния не происходит: также как и прибор, наблюдатель (как квантовая система) как бы «расщепляется» на множество «двойников», каждый из которых наблюдает определенное альтернативное значение измеряемой наблюдаемой, что в совокупности опять-таки покрывает весь спектр возможных значений данной наблюдаемой в данной экспериментальной ситуации. Однако субъективно, с точки зрения непосредственного чувственного восприятия результата конкретного единичного измерительного эксперимента, мы всегда получаем только одно конкретное значение наблюдаемой. То есть в нашем чувственном восприятии редукция исходного квантового состояния: «Ф 0