Юрий Артамонов - Ли Смолин. Возрожденное время - От кризиса в физике к будущему вселенной

к оглавлению

12

Квантовая механика и освобождение атома

Мы видели, что реальность времени является ключом при обращении к тайне, что выбирает законы физики. Она делает это путем поддержания гипотезы, что эти законы эволюционируют. Принятие фундаментальности времени может также помочь разрешить другую великую загадку физики - что придает смысл квантовой механике. Реальность времени допускает новую формулировку квантовой теории, которая также может пролить свет на то, как законы развиваются во времени.

Квантовая механика является самой успешной из когда-либо изобретенных физических теорий. Почти ни одна из цифровых, химических и медицинских технологий, на которые мы полагаемся, не существовала бы в отсутствие квантовой физики. Тем не менее, имеются веские причины верить, что теория неполна.

Безусловно, квантовая механика является вызовом нашим попыткам постигнуть мир. С момента ее изобретения в 1920-х физики выдумали причудливые сценарии для придания смысла загадкам квантовой теории. Коты, которые и живы и мертвы, бесконечное количество одновременно существующих вселенных, реальность, которая зависит от того, что измеряется или кто наблюдает, частицы, передающие друг другу сигнал через гигантские расстояния

к оглавлению

со скоростями, превышающими скорость света, - это только некоторые из оригинальных идей, предложенных для разрешения тайн субатомного мира.

Все эти стратегии возникли как реакция на тот факт, что квантовая механика не дает физической картины того, что происходит в индивидуальных экспериментах. Это не оспаривается. Аксиомы квантовой механики включают утверждение, что она дает только статистические предсказания итогов экспериментов.

Эйнштейн давно сделал вывод, что квантовая механика неполна, поскольку она не может дать точного описания того, что происходит в отдельном эксперименте. Что в точности делает электрон, когда он перепрыгивает из одного энергетического состояния в другое? Как частицы, слишком удаленные друг от друга, чтобы мгновенно сообщаться, делают это? Как они оказываются в двух местах одновременно? Квантовая механика не дает ответа. Тем не менее, она экстраординарно полезна, частично потому, что обеспечивает физику языком и структурой для организации огромных количеств эмпирических данных. Если она и не может показать нам, что на самом деле происходит на субатомном уровне, она дает нам алгоритм предсказания вероятностей различных итогов экспериментов. И до сих пор алгоритмы работают.

Может теория быть успешной как генератор предсказаний, и все еще бить мимо цели в том смысле, что будущие теории могут перевернуть предположения, которые она делает о мире? В истории науки такое происходило несколько раз. Предположения, лежащие в основе Ньютоновских законов движения, были опровергнуты теорией относительности и квантовой теорией. Модель солнечной системы Птолемея хорошо служила нам более тысячелетия, хотя она основывалась на идеях, которые были дико ошибочными. Кажется, что эффективность не является гарантией истины.

Я пришел к уверенности, что квантовая механика испытает ту же судьбу, что и великие теории Птолемея и Ньютона. Возможно, мы не можем придать ей смысл просто потому, что она не верна. Вместо этого она, похоже, является приближением к более глубокой теории, которой будет легче придать смысл. Эта более глубокая теория есть неизвестная космологическая теория, на что указывают все аргументы этой книги. Ключом опять является реальность времени.

Квантовая механика является проблематичной теорией по трем тесно

к оглавлению

связанным причинам. Первой является ее неспособность дать физическую картину того, что происходит в индивидуальном процессе или эксперименте; в отличие от предыдущих физических теорий формализм, который мы используем в квантовой механике, не может быть прочитан, чтобы показать нам, что происходит во времени момент за моментом. Второе, в большинстве случаев она не может предсказать точный результат эксперимента; вместо того, чтобы сказать нам, что произойдет, она дает только вероятности различных вещей, которые могут происходить.

Третья и наиболее проблематичная особенность квантовой механики заключается в том, что для выражения теории необходимы понятия измерения, наблюдения или информации. Они должны расцениваться как первичные понятия; они не могут быть объяснены в терминах фундаментальных квантовых процессов. Квантовая механика не столько теория, сколько метод для кодирования того, как экспериментаторы опрашивают микроскопические системы. Ни измерительные инструменты, которые мы используем для взаимодействия с квантовой системой, ни часы, которые мы используем для измерения времени, не могут быть описаны на языке квантовой механики - ни мы, как наблюдатели, не можем так описываться. Это наводит на мысль, что для создания имеющей силу космологической теории мы должны будем отказаться от квантовой механики и заменить ее теорией, которая может быть распространена на всю вселенную, включая нас самих как наблюдателей, а также наши измерительные инструменты и часы [1].