В XXI веке стала престижной нежданная интерпретация квантовой механики
Что все-таки является определяющим, когда идет речь о квантовом явлении, – человек, осуществляющий опыт и наблюдение, либо природа? Фото с веб-сайта www.navy.mil
Квантовый байесинизм (QBism) – одна из интерпретаций квантовой механики, получивших популярность в XXI веке. На российском языке, на самом деле, еще пока нет публикаций, в каких бы дискуссировался этот вариант квантовой механики. Мы попытаемся поначалу разъяснить, что такое байесинизм как интерпретация вероятности, потом – кратко – трудности обычной (копенгагенской) интерпретации квантовой механики, и в конце концов, каким образом квантовый байесинизм преодолевает – либо пробует преодолеть – эти трудности.
Кому даст взаем Петя
Идет речь о интерпретации вероятности. Конкретно о интерпретации, позволяющей наглядно показать смысл неких утверждений теории вероятности и задач, где эти утверждения бытуют. Интерпретация не значит определения. Как и главные современные учебники, мы исходим из теоретико-множественного определения вероятности, данного академиком Андреем Николаевичем Колмогоровым.
Байесинизм – это интерпретация вероятности как степени доверия, как той ставки, на которую игрок готов внести, если высказанное им утверждение окажется неверным. Эта интерпретация, которая может также быть названа персоналистической, связана с применением одной из центральных теорем теории вероятностей – аксиомы Бейеса. Легче всего объяснить это на примере.
Пусть перед вами последующая ситуация. Вы понимаете некоторого Петю, который, может быть, для вас друг, может быть – просто знакомый, а может быть – на самом деле дела, неприятель. Вы определяете последующие вероятности: друг – 0,5, просто знакомый – 0,3, замаскировавшийся неприятель – 0,2. Если Петя друг, он с вероятностью 0,5 даст для вас средств взаем, если просто знакомый, он даст для вас средства с вероятностью 0,3, если сокрытый неприятель, то возможность 0,1.
Воспользовавшись формулой полной вероятности, вы просто рассчитаете возможность того, что Петя даст для вас взаем. Сейчас– пусть свершилось – Петя для вас отдал средств взаем. У вас есть эмпирический факт. И исходя из него, вы сможете, воспользовавшись аксиомой Бейеса, высчитать возможность того, что принятая вами догадка, скажем «Петя мне друг», правильна. Вы также можно высчитать возможность остальных 2-ух гипотез: «Петя просто знакомый» и «Петя мне неприятель».
Как мы лицезреем, наши начальные вероятности априорны. Мы просто «на глаз» подбираем начальные вероятности. Потом, исходя из эмпирического факта (из состоявшегося действия), рассчитываем возможность принятых гипотез, поправляем наши начальные оценки. Но начальные вероятности, принятые нами на веру, остаются в структуре расчета.
В книжках по теории вероятностей при расчетах по формуле Бейеса время от времени употребляются данные статистики. Но, как произнес Марк Твен, есть ересь, нахальная ересь и ересь, именуемая статистикой. Статистика подразумевает априорные систематизации соц явлений. Эти систематизации весьма нередко диктуются политическими либо даже групповыми подходами.
Итак, байесинизм – это трактовка вероятности как оценки, как личного представления. Обычно байесинизм сопоставляют с фреквентизмом как с наиболее беспристрастной интерпретацией вероятности. Фреквентизм – это возможность как частота, поточнее – как предел последовательности относительных частот, наблюдаемых при проведении опыта.
Наблюдай и владычествуй
Копенгагенская интерпретация именуется обычной, так как она приводится в главных учебниках, излагающих квантовую механику: в именитом курсе Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшица, в двухтомнике А. Мессиа, в книжке Д. Бома, в фейнмановских лекциях по физике… Но есть и исключения. К примеру, «Базы квантовой механики», написанные академиком Дмитрием Ивановичем Блохинцевым с позиции ансамблевого (статистического) подхода.
В СССР копенгагенская интерпретация, сформулированная в довоенные годы датским физиком Нильсом Бором и германцем Вернером Гейзенбергом, подвергалась остракизму как идеалистическая либо позитивистская, чуждая диалектическому материализму. В 1950–1960-х годах она в главном излагалась в той версии, которую ей придал известный русский физик Владимир Александрович Фок. Но во 2-ой половине 1960-х годов и в 1970-е годы в философской литературе наметилась тенденция к аутентичному изложению копенгагенской интерпретации (киевские философы П.С. Дышлевый и В.М. Свириденко, столичный философ И.С. Алексеев).
В центре копенгагенской интерпретации – понятие квантового явления: принципно неразделимого единства средств наблюдения и опыта, с одной стороны, и наночастицы – с иной. Если мы измеряем координату частички (скажем, электрона), то должны применять один тип устройств, если импульс – то иной тип. Упоминание наблюдающего (человека, осуществляющего опыт) значительно. Конкретно наблюдающий решает, какой устройство применять. При всем этом само понятие устройства подразумевает человека, научного работника, включающего и выключающего устройство и фиксирующего состояние устройства до и опосля акта измерения.
Так как недозволено сразу измерить координату и импульс квантовых объектов, употребляются два типа устройств. Наблюдающий, включенный в ситуацию с измерением импульса, не совпадает с наблюдателем, включенным в ситуацию, возникающую при измерении координаты (дополнительность по Бору).
Боровская дополнительность была значимым продвижением в осознании квантовой механики. Но эта теория с самого начала (ее 1-ый вариант был изложен в 1927 году) подвергалась критике, а именно Альбертом Эйнштейном. Байесинизм по-своему развивает эту критику.
Исходя из убеждений байесинизма, дополнительность по Бору – это эклектическая теория, ссылающаяся как на природу саму по для себя (на микрочастицу), так и на наблюдающего, проводящего измерение. Что все-таки является определяющим, когда идет речь о квантовом явлении, – человек, осуществляющий опыт и наблюдение, либо природа?
Исходя из убеждений байесинизма, наблюдающий (байесинисты пользуются понятием «агент») является определяющим. Получаемая им информация и составляет то, что именуют квантовым явлением. Иной наблюдающий – другое квантовое явление. Ведь квантовое явление подразумевает завершенный опыт, опыт, который характеризуется каким-то результатом, к примеру импульс частички равен а кГсм/сек. Иной наблюдающий получит иной итог. Пусть даже оба наблюдающего употребляют одну и ту же аппаратуру, но любой опыт отмечен тем временем, когда этот опыт проводится. Пусть часы у обоих наблюдателей синхронизированы, но синхронизация часов – это тоже опыт, и он принадлежит какому-либо из наблюдателей либо третьему наблюдающему, владеющему соответственной аппаратурой…
Измерение – физический процесс?
Одна из тяжелых заморочек квантовой механики – неувязка измерения. Каким образом осуществляется взаимодействие измерительного устройства и микрообъекта, которое приводит к результату, считываемому с устройства? Исходя из убеждений концепции дополнительности взаимодействие наночастицы и устройства осуществляется снутри квантового явления, составляющего некоторую целостность. Это явление не распадается на составные части. Физик имеет дело с квантовым явлением, и лишь квантовое явление дает ему ту либо иную информацию о происходящем в природе.
Но есть и иная позиция, восходящая к Джону фон Нейману. Тут выделяются два вида действий: эволюция квантовой системы, описываемая уравнением Эрвина Шрёдингера (это причинный детерминистический процесс); и «редукция волнового пакета», кризис волновой функции, возникающий в процессе взаимодействия системы и измерительного устройства и дающий тот либо другой итог (к примеру, что наночастица имеет импульс а кГсм/сек).
Волновая функция, описывающая состояние физической системы, сама по для себя не описывает тот итог, который покажет измерение, этот итог определяется вместе волновой функцией и устройством. Устройство, но, подразумевает того человека, который работает с сиим устройством. Измерение заканчивается, когда этот человек (наблюдающий) считывает с устройства тот либо другой итог измерения. Происходит редукция той алгебраической конструкции, которая обрисовывает взаимодействие квантовой системы с устройством (пусть эта система состоит из 2-ух слагаемых), к одному ее элементу (одному из слагаемых), описывающему то, что получил наблюдающий в собственном опыте.
Обычно, байесинисты принимают точку зрения, восходящую к фон Нейману. Но для их волновая функция, подчиняющаяся уравнению Шрёдингера, только источник инфы данного наблюдающего. Иной наблюдающий – иная информация, другое чтение волновой функции. Устройство же – это продолжение органов эмоций наблюдающего, что-то вроде очков.
Измерение не относится к физическим действиям. Это только уточнение той инфы, которую получает наблюдающий, располагающий тем либо другим подготовительным описанием в виде волновой функции. Изменяется не состояние физической системы (к примеру, системы «электрон + устройство + наблюдающий»), изменяется состояние наблюдающего.
Ставки в квантовой игре
Подчеркнем снова: байесинизм – это субъективистская персоналистическая интерпретация вероятности, вероятности как степени веры. Но квантовая механика оперирует не только лишь вероятностями. Ее центральный объект – это волновая функция, выражающая состояние физической системы. Каким образом байесинистская интерпретация вероятности распространяется на квантовую механику? Отвечая на это вопросец, можно выделить четыре пт.
1. Исходя из убеждений квантового байесинизма волновая функция представляет собой познание наблюдающего о физической системе (скажем, о электроне) и различные наблюдатели, использующие одну и ту же волновую функцию, будут, совершенно говоря, владеть различными познаниями. Отсюда не следует, что один наблюдающий не может вести взаимодействие с остальным. Наблюдающий может, делая упор на свою волновую функцию (либо, лучше сказать, предполагая свое представление физической системы в виде волновой функции), вычислить то познание о физической системе, которое доступно другому наблюдающему.
Тем не наименее это познание не будет познанием другого наблюдающего. Это будет познание первого наблюдающего о том знании, которое мог бы получить иной наблюдающий, экспериментируя с той же физической системой. Квантовая механика применима только к моему опыту, а не к опыту какого-нибудь другого исследователя. Метанаблюдатель, олицетворяющий коллективный опыт, отсутствует.
2. Уравнение Шрёдингера передает опыт наблюдающего, рассмотренный в плане диахронии, эволюцию опыта наблюдающего в его индивидуальном личном времени.
3. Измерение – это опыт наблюдающего. Как отмечалось выше, «редукция волнового пакета» не является физическим действием. Это процесс, происходящий в сознании наблюдающего, приводящего к текущему моменту ту информацию, которая в сумме охарактеризовывает микрочастицу и макроприбор.
Устройство сам по для себя не делает результата. Он участвует в получении результата, так как применяется тем либо другим исследователем (наблюдателем).
4. Возможность, к которой приводит расчет того результата, который мог бы отдать опыт, является личной индивидуальной вероятностью байесинистского типа. Скажем снова, что возможность – это степень веры исследователя (наблюдающего) в реализацию того либо другого действия, та ставка, которую он мог бы поставить при заключении пари, что данное событие произойдет.
«Есть млрд миров…»
Квантовый байесинизм – одна из философских позиций, появившихся в связи с теми переменами в концептуальном аппарате квантовой механики, которые произошли во 2-ой половине и в особенности к концу ХХ века. Эти конфигурации соединены с развитием квантовой информатики – дисциплины, объединяющей квантовую телепортацию, квантовую тайнописью, квантовые компы. Как отмечает доктор, доктор физико-математических наук Миша Борисович Менский, «развитие квантовой механики, в особенности в крайние два-три десятилетия, сделало учет сознания наблюдающего совсем нужным при обсуждении концептуальных основ квантовой механики, и с некими обмолвками можно сказать, что вопросец о роли сознания стал доступен экспериментальной проверке» (Менский М. Б. Понятие сознания в контексте квантовой механики, Успехи физических наук, т. 175 (4), 2005. С. 421).
Квантовый байесинизм – конкретно одна из философских позиций, получивших популярность в крайнее время. Иная позиция, также учитывающая роль сознания в контексте квантовой механики, – это многомировая интерпретация квантовой механики, которую развивает, к примеру, Миша Менский. В ней сознание наблюдающего «расщепляется» на ряд сознаний, присутствующих каждое в собственном мире. Если систему «электрон + устройство + наблюдающий» обрисовывает математическая система, состоящая из 2-ух частей, то измерение происходит в 2-ух мирах. Как сказано в Стэнфордской энциклопедии по философии, «есть млрд миров не считая того мира, который мы понимаем. Если некий квантовый опыт производится, все его вероятные результаты осуществляются, но любой в собственном мире».
Исходя из убеждений диалектического материализма квантовый байесинизм – это личный идеализм. Сами же сторонники байесинизма охарактеризовывают свою философию как развитие южноамериканского прагматизма и операционализма. Это развитие инструментализма (разновидность прагматизма) южноамериканского философа Джона Дьюи, рассматривавшего зание как «мой» опыт, и операционализма Перси Бриджмена, лауреата Нобелевской премии за работы в области физики больших давлений. Бриджмен как-то произнес: «Моя наука различается от вашей науки, как моя боль различается от вашей боли».
Какая же онтология («картина мира») предполагается квантовым байесинизмом? Далековато не все сторонники квантового байесинизма интересуются сиим нюансом философии. Но если они и высказываются по вопросцам онтологии, то имеют в виду онтологию «узкого мира». Согласно ей, мир так тонок, что наше самое слабенькое действие может поменять его. Как произнес поэт, «сережка ольховая… но сдуешь ее – все окажется в мире не так».
Источник: