"КВАНТОВЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ"
Велкор Белс

Двухкомпонентная модель, с помощью которой мы объяснили дуальное поведение частиц в щелевых опытах /1/, является ключом к пониманию специфики не только этих  экспериментов. Есть крайне необычные моменты, сопровождающие каждый опыт с объектами микромира. Этой темы, в самом общем плане, мы уже касались в одной из предыдущих статей /2/, но, учитывая важность проблематики, вернемся к ней еще раз, чтобы акцентировать внимание на  интересных деталях. Посвятив статью экспериментам с объектами микромира, мы невольно затрагиваем сложнейшую проблематику, охватывающую самые разнообразные вопросы науки и техники. Поэтому сразу же вычленим интересующий нас сегмент проблем: ниже мы будем обсуждать только то, что связанно с поведением квантовых систем, с динамикой их состояния.
   
Квантовая механика утверждает, что до момента измерения частица пребывает в состоянии суперпозиции, т.е. одновременно находится во всех разрешенных ей состояниях.  Эксперимент является той силой, которая запускает процесс запутывания – взаимодействие квантового объекта с его окружением /3/. В результате микрообъект редуцирует /3/, обретая единственное состояние из того множества, в  каждом из которых  частица пребывала до опыта. Когда воздействие на микрообъект, предусмотренное экспериментом, заканчивается, частица снова обретает одномоментную множественность состояний, возвращаясь в суперпонированное состояние. Так, в общем виде, квантовая механика описывает динамику состояний микрообъекта, задействованного в  эксперименте.
   
Мы неоднократно подчеркивали фантастичность свойства суперпозиции, увиденного обыденным сознанием. Но, кроме того, что оно удивительно само по себе, именно свойство суперпозиции, как утверждает квантовая теория, порождает главное своеобразие опытов с объектами микромира, внося неопределенность в каждый эксперимент.
   
Неопределенность – это то, что кардинально отличает мир, описываемый квантовой теорией от непосредственно наблюдаемого. В макромире мы привыкли к тому, что если проводить эксперименты в абсолютно одинаковых условиях, то всегда будем получать одни и те же результаты. В опытах с микрообъектами это не так. Если провести несколько совершенно идентичных опытов с квантовыми системами, то очень маловероятно, что в каждом из них мы получим одинаковые результаты. Скорее всего, они будут разными, составляя часть множества разрешенных для данного микрообъекта состояний. Если провести очень много идентичных опытов, то, в принципе, можно  получить все множество разрешенных для микрообъекта состояний. Частота, с которой в опытах будет появляться каждое из них, определит численное значение вероятности, соответствующее  этим состояниям. Эти же вероятности можно получить расчетным путем, решив уравнение Шредингера для микрообъекта, с которым проводится эксперимент.
   
Квантовая механика не способна предсказать, какое конкретно состояние микрообъекта, из множества допустимых, проявится в том или ином эксперименте. Более того, она утверждает о принципиальной невозможности подобных предсказаний. Это значит, что можно сколько угодно уточнять условия опыта, можно узнать и учесть абсолютно все детали, но даже в этом случае экспериментатор никогда не сможет точно утверждать, какое состояние проявится в конкретном опыте. Причина этой неопределенности, как утверждает квантовая механика, состоит в природе микрообъектов, в присущем им свойстве суперпозиции - удивительной способности одновременно пребывать во всем множестве разрешенных состояний. Поэтому прогнозировать появление определенного значения в эксперименте можно только в терминах вероятностей. Заявляя это, квантовая механика выставляет планку принципиально достижимого порога знаний о микромире.
   
С такой картиной Действительности были согласны далеко не все. В частности, она абсолютно не устраивала Эйнштейна, который связывал наличие неопределенностей в квантовой теории с ограниченностью знаний о микромире. В связи с этим, на самом представительном научном уровне, велась многолетняя дискуссия, посвященная интерпретации квантовой механики и ее достоверности. Дискуссия получила новый импульс, когда Джон С. Белл представил научной общественности объективную локальную теорию /4/, которая должна была подтвердить точку зрения тех, кого не удовлетворяло вероятностное описание микромира. Белл предположил, что  свойства  квантовой системы существуют объективно,  независимо от измерения. Это означает, что эксперимент только регистрирует состояние микрообъекта, которое было вполне конкретным и однозначным еще до проведения опыта. Идеология, заложенная Беллом в его теорию, противоречила положениям квантовой механики, где именно эксперимент является причиной перехода микрообъекта от суперпонированного состояния к тому выделенному, который фиксирует опыт. Доказанная Беллом в 1964г. теорема и полученное им неравенство утверждают, что объективная локальная теория и квантовая механика дают разные предсказания для статистики результатов измерений.
   
В 1980г. Алан Аспек /5/ предпринял экспериментальную проверку неравенства Белла и получил, что оно нарушается. Полученные им результаты оказались совместимы с квантовой механикой и противоречили объективной локальной теории. Многочисленные опыты подобные опытам Аспека,  многократно проводившиеся вплоть до последнего времени различными группами исследователей, дали тот же результат - эксперименты подтверждают предсказания квантовой теории и противоречат теории Белла.
   
Опыты Аспека показали, что частота появления тех или иных состояний в эксперименте соответствует вероятностям, которые предсказывает квантовая механика, тем самым подтверждая достоверность ее математического аппарата. А как соотносится это заключение со свойством суперпозиции, порождающим неопределенности в микромире? В контексте данной статьи нас, в первую очередь, интересует именно оно. Если математика квантовой теории верна, то подтверждает ли это и достоверность свойства суперпозиции? Можно с уверенностью сказать, что нет, поскольку свойство суперпозиции – это уже не сама математика, а идеология, приложенная к ней, это объяснение, призванное увязать наблюдаемую реальность с видом решения уравнения Шредингера. Но одна и та же математика может обслуживать разные модели. Поэтому любая идеология, совместимая с квантовым формализмом, также будет подтверждаться опытами Аспека.
   
Мы не случайно так подробно остановились на теории Белла и опытах Аспека. Эксперименты Аспека – это то сито, через которое должна быть просеяна каждая модель, претендующая на описание микромира. Не менее значимой для нас является и теория Белла. Причина такого внимания к ней заключается в том, что в нашей картине Действительности, как и в объективной локальной теории, микрообъект всегда находится в одном состоянии. Но если опыты Аспека противоречат теории Белла, то не опровергают ли они и нашу модель? Покажем, что нет, поскольку двухкомпонентная модель включает в себя положения присущие не только объективной локальной теории, но и квантовой механике, с которой эксперименты Аспека полностью согласуются.
   
Но прежде, чем переходить к обоснованию этого тезиса, напомним основные положения нашей модели. Для этого, как и ранее, воспользуемся аналогией, в которой проявленная в нашем мире корпускулярная компонента микрообъекта - это пузырь, это вздутие на его волновой компоненте, на его индивидуальном сознании, на его коконе /2/. В нашей картине Действительности состояние пузыря-частицы определяется воздействующими факторами, имеющими место на всей системе миров. Они порождают возмущения в коконе, заставляя вздутие менять состояние. При этом, в один и тот же момент, в коконе, отвечающем одному микрообъекту, всегда присутствует только одно вздутие, что соответствует единственности проявленного состояния в нашей реальности, что и наблюдается в опыте. Все, что касается других разрешенных состояний, то они «зашиты» в коконе микрообъекта, лежащем за пределами нашей реальности, и в эксперименте не регистрируются.
   
А теперь уточним положение двухкомпонентной модели по отношению к теории Белла,  квантовой механике и опытам Аспека. Начнем с того, что у нас, как и в объективной локальной теории, микрообъект в наблюдаемой реальности всегда находится только в одном  состоянии. То, что объединяет наши взгляды с теорией Белла, составляет отличие от квантовой теории, в которой микрообъект, не включенный в эксперимент, находится во всем множестве допустимых состояний. Далее, если у Белла микрообъект пребывает в одном из присущих ему состояний независимо от эксперимента, то у нас, как и в квантовой теории, эксперимент является причиной его появления в наблюдаемой реальности. Но если в квантовой теории под экспериментом понимается множество воздействий, направленных на микрообъект и имеющих место только в нашем мире, то для нас эксперимент - это нечто гораздо более широкое. Под словом «эксперимент» мы понимаем всю совокупность возмущающих кокон воздействий, обусловленных процессами на всем множестве миров, включая нашу реальность.
   
И, наконец, самое главное свойство, роднящее двухкомпонентную модель с квантовой механикой, состоящее в единстве математического аппарата, обслуживающего обе идеологии. Причина этого вполне очевидна и определяется тем, что наша модель только по иному интерпретирует квантовый формализм, оставаясь при этом в рамках существующей математики. Из единства математического аппарата двухкомпонентной модели и квантовой механики следует, что в обоих случаях мы получим одинаковую ожидаемую статистику экспериментальных результатов. А это значит, что опыты Аспека, подтвердившие статистику квантовой теории, так же подтверждают статистику и нашей модели, хотя в ней, как у Белла, микрообъект в каждый момент времени всегда находится только в одном состоянии, а потому отсутствует столь шокирующее здравый смысл свойство суперпозиции.
   
Убедившись в достоверности предсказаний двухкомпонентной модели по отношению к  экспериментам в микромире, обратимся к специфике опытов с квантовыми объектами – к неопределенностям, сопровождающим эксперименты. При этом будем  сопоставлять объяснения, предлагаемые квантовой теорией, с выводами, следующими из нашей модели. Квантовая механика указывает на необходимость существования неопределенностей, объясняя их наличие свойством суперпозиции. В двухкомпонентной модели мы также говорим о существовании неопределенностей, но у нас они порождаются другими причинами: неопределенностью факторов, действующих на кокон микрообъекта со стороны параллельных миров. Из-за этого, при проведении абсолютно одинаковых, по меркам  нашей реальности, экспериментов, мы не в состоянии стандартизировать весь спектр воздействующих факторов, имеющих место на всем множестве миров, а потому не в силах точно прогнозировать результат каждого опыта. В подобной ситуации можно рассчитывать только на знание вероятности появления того или иного допустимого состояния микрообъекта. Мы пришли к существованию тех же неопределенностей, что сопутствуют квантовой механике, но объяснили их другими причинами. Заменив параллельные реальности одной интегральной компонентой - коконом, с «зашитыми» в его теле допустимыми состояниями, мы осознанно отстранились от детализации происходящего в параллельных мирах. Расплатой за это стала неопределенность в предсказании состояния микрообъекта в эксперименте.
   
Еще один пример неопределенности квантового эксперимента связан с отношением состояния микрообъекта в момент измерения с тем состоянием, в котором он пребывал до  и окажется после опыта. С позиций наблюдаемого мира, не очень понятна даже суть проблемы. Например, мы измерили координату движущейся машины. А какова она была за мгновение до эксперимента или будет через мгновение после опыта? Понятно, что очень близкой, к зарегистрированной в эксперименте величине. А вот в микромире все не так.
   
Любой эксперимент и квантовый, в частности, способен сказать только о том, что происходит во время опыта. Экстраполяция полученного результата на момент предшествующий опыту или следующий за ним возможна только на основе математических моделей, связывающих воедино состояния объекта в различные моменты времени. Свойства непосредственно наблюдаемой реальности таковы, что позволяют однозначно описать изменения в состоянии физических тел во времени. Для макротел характерно классическое поведение и траектория /2/. Но если обратиться к квантовой теории, то в ней однозначность состояния присуща микрообъекту только в момент проведения эксперимента. Все остальное время он проводит в состоянии суперпозиции всех допустимых для него альтернатив. Из этого следует, что состояние частицы, зарегистрированное в эксперименте, относится только к моменту самого опыта и ничего не говорит о том, в каком состоянии она была за мгновение до него и в каком состоянии окажется через мгновение после эксперимента. В двухкомпонентной модели  в каждый момент времени микрообъект пребывает только в одном состоянии. Но, несмотря на это, для нее справедлив тот же вывод. Он непосредственно следует из того, что в нашей модели появление каждого из этих состояний остается в той же мере неопределенным, как и в квантовой теории.
   
В начале статьи мы описали динамику изменения состояния микрообъекта в процессе измерений, как это следует из квантовой механики. Главная особенность поведения квантовой системы состоит в том, что с началом опыта она утрачивает свойство суперпозиции, но по завершении эксперимента вновь обретает его. С началом эксперимента из «памяти» частицы как бы стирается все, что относилось к ее прошлому, но как только эксперимент заканчивается, она тут же «забывает» и о нем, вновь возвращаясь к множественности одновременно проявленных состояний. Свойство частицы «стирать из памяти» все, что происходило с ней ранее, одновременно кардинально меняя свойства, называют «квантовым ластиком». Это свойство не находит общепризнанного объяснения, если его искать, оставаясь в рамках квантовой теории. И это понятно уже потому, что оно включает редукцию - утрату суперпонированного состояния, с объяснением которого в квантовой механике связаны определенные сложности. Кроме того, здесь присутствует и обратный процесс - возврат к состоянию суперпозиции, объяснить который не менее сложно, чем саму редукцию. Ведь если квантовая механика склонна объяснять редукцию запутыванием - взаимодействием квантовой системы с окружением, то почему происходит возврат к суперпонированному состоянию после завершения опыта? Взаимодействие микрообъекта с окружением не заканчивается вместе с экспериментом и поэтому, казалось бы, со временем запутывание должно только углубляться, делая невозможным возврат к прошлому – к множественности одновременно проявленных состояний. Квантовая механика испытывает явные затруднения с ответами на подобные вопросы. Поэтому и эксперимент, приводящий к утрате свойства суперпозиции, автоматически приобретает статус чего-то очень специфического по отношению к квантовой системе. Мы предлагаем другую картину Действительности, другую интерпретацию квантовой механики /3/, а вместе с ней и другое понимание происходящего во время эксперимента.
   
В нашей картине Действительности квантовый объект всегда находится только в одном из допустимых состояний, как до эксперимента, так во время и после него. На всех этапах жизненного цикла квантовой системы на нее влияет целый спектр воздействующих факторов, обусловленных процессами на множестве миров. Одним из таких воздействий является эксперимент в нашей реальности. Все эти факторы возмущают кокон микрообъекта, что и приводит к смене состояний его корпускулярной компоненты. Каждый момент времени эта смена состояний,  составляющая аналог свойства «квантовый ластик», обусловлена одними и теми же причинами. В их ряду эксперимент в нашем мире, по своему результату, ничем не отличается от воздействий, имеющих место в других мирах. Смена состояний идет всегда, независимо от того, что происходит в наблюдаемой реальности. Опыт приобретает особый статус для экспериментатора, осознающего только непосредственно наблюдаемую реальность. И это происходит из-за того, что от его восприятия ускользает, что в то же самое время в других реальностях идут процессы, результатом которых является такая же смена состояний микрообъекта, как и обусловленная его экспериментом. В нашей картине Действительности и в двухкомпонентной модели, в частности, эксперимент - это причина стандартной смены одного состояния на другое, при котором не происходит таких удивительных метаморфоз, как утрата и последующий возврат микрообъекта в состояние суперпозиции. Поэтому эксперимент не вносит парадоксальность в общую картину Действительности.
   
Двухкомпонентная модель, осмысленно вычеркивая из рассмотрения параллельные миры, не способна объяснить логику выбора микрообъектом определенного состояния /1/. Поэтому, как и квантовая механика, она вынуждена согласиться с неопределенностями эксперимента, о которых речь шла выше. Однако, в отличии от квантовой механики, уже само построение двухкомпонентной модели указывает на причины, по которым мы попадаем в подобную ситуацию: неопределенности в эксперименте порождены не природой микромира, а исключительно недостатком знаний о нем. Поэтому, в принципе, их можно избежать. Для того, чтобы уйти от вероятностного описания микромира и точно прогнозировать состояние частицы в любой ситуации, включая момент проведения эксперимента, необходимо построить более адекватную модель квантового объекта, в явном виде учитывающую существование всего множества параллельных миров и их воздействие на нашу реальность. В рамках двухкомпонентной модели мы ограничиваемся только одной составляющей, выходящей за пределы наблюдаемого мира - Буфером. Но даже в таком усеченном виде, двухкомпонентная модель Действительности еще раз позволяет убедиться в ее работоспособности и конструктивности. Совершенно понятно и логично объясняя парадоксальные ситуации квантовой теории, она тем самым в очередной раз убеждает в своей достоверности. При этом совершенно очевидно, что качественный уровень двухкомпонентной модели может быть развит, будучи поддержан математической формулировкой, заложенных в нее принципов /2/.

Список литературы

1. Белс В. Корпускулярно-волновой дуализм.
2. Белс В. Двухкомпонентная модель.
3. Белс В. Об интерпретации квантовой механики.
4. J. S. Bell. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge, 1987.
5. Alain Aspect, Philippe Grangier, and Gerard Roger, Phis. Rev. Lett., 47, 460 (1981).

Уважаемые Участники!

Админ.