Кот, банкомат и свобода воли

Пространные околонаучные рассуждения, содержащие в себе среди прочего возможное разрешение парадокса с котом Шредингера

Иллюстрация: Corbis/Fotosa.ru
Иллюстрация: Corbis/Fotosa.ru
+T -
Поделиться:

Профессор Александр Львовский считает, что бывает наука первого класса, а также наука второго класса, и, наконец, бывает еще и третий класс научных исследований. Причем, как отмечал еще Александр Блок, желтые и синие молчали, а в зеленых плакали и пели. 

Александр Львовский работает вообще-то в Канаде, но в Москве бывает часто, так как он еще и сотрудник Российского Квантового Центра в Сколково. На вопрос, где он учился, Александр отчечает так: «В физтехе... после 57-й школы», что вообще-то много о нем говорит для тех, кто понимает. Ну так вот, Александр Львовский выделяет три класса науки.

Во-первых, есть наука, которая познает мир и открывает новое. Это первый класс, лучше ничего не придумаешь. Есть еще наука, которая нового не открывает, но позволяет как-то улучшить жизнь. Тоже дело достойное, но класс второй. И, наконец, наука третьего класса. Ничего нового не открывает и на жизнь никак не влияет, повторяет общеизвестное и дает на 100% предсказуемый результат, но попадает в ленты новостных агентств, собирает огромное число кликов и ссылок в соцсетях.

Вот например. Допустим, я захочу повторить опыт с котом Шредингера, будь он неладен. То есть посажу кота в ящик, пристрою туда радиоактивный атом, находящийся в суперпозиции двух квантовых состояний — распавшегося и нераспавшегося, и ампулу с ядом, которая будет вскрываться при распаде атома. Закрою дверцу ящика поплотнее... Теперь, почтенная публика, у нас внутри ящика кот в суперпозиции двух состояний — жизни и смерти (поскольку атом в каждый момент времени одновременно и распался, и еще нет, а кот полностью зависим от атома). А теперь... барабанная дробь! Мы вскрываем ящик, и в этот момент почтенная публика может наблюдать «коллапс волновой функции» — из суперпозиции двух квантовых состояний кот мгновенно переходит в одно, классическое состояние — он или жив, или мертв, но никак не то и другое одновременно.

Иллюстрация предоставлена автором
Иллюстрация предоставлена автором

Если я сделаю такой опыт и позову приятеля с камерой (снимать кота), а потом на youtube повешу клип, как кот вылезает из ящика жив-здоров, мой опыт точно попадет в топ. Хоть он и идиотский. Это и есть «наука третьего класса», по А. Львовскому.

Сам Александр, между прочим, делает нечто подобное: сооружает макроскопический объект (правда, не кота, а световой луч), являющийся суперпозицией двух квантовых состояний. Это наука первого класса, того же разлива, что и последние нобелевки по физике. Но в топ она не попадет, потому что Александр Львовский не может объяснить широкой публике весело и с ужимками, почему то, что он делает, круто. Просто это очень, очень сложно, с начала и до конца, увы. Поэтому я, рискуя раздражить читателя неуемным популяризаторством, все же вынужден опять вернуться к коту.

Кот интереснее светового луча в частности и потому, что он все-таки не совсем безмозглая тварь, он-то понимает каждую секунду, что он жив (пока жив). То есть у кота внутри ящика все однозначно, а у нас, снаружи — нет. В этом, собственно, и состоит парадокс Шредингера, и тут же, как объяснил мне Александр Львовский, лежит путь к его разрешению. Сейчас я попытаюсь объяснить это, насколько сам понимаю.

Чтобы стало еще яснее, я посажу в ящик вместо кота квантового физика, вроде Александра. А второй квантовый физик будет дежурить снаружи. Из соображений гуманности яд в ампуле будет несмертельный: когда радиоактивный атом распадется, внутреннего физика просто начнет тошнить. С точки зрения внешнего физика внутренний будет находится в суперпозиции двух состояний — блюющего и неблюющего (мне кажется, я однажды видел такого человека ранним утром во Флоренции: он одновременно пел, блевал и пил из фонтана). С точки зрения внутреннего физика, ничего такого нет: у него сперва все хорошо, а потом в какой-то момент щелк! — и понеслась...* Потом внешний физик отопрет дверь и увидит, каково там внутреннему — то есть появляется наблюдатель и происходит коллапс волновой функции, переход к классической физике.

Но позвольте! Оба наши физика — квантовые! То есть они знают, как НА САМОМ ДЕЛЕ устроена природа! Почему же, когда они видят друг друга через дверцу ящика, правильная квантовая физика упраздняется, и торжествует неправильная — классическая?!**

Ответ Александра Львовского: классическая физика не торжествует, а только делает вид. Внутренний физик действительно есть суперпозиция блюющего и неблюющего физика, но С ЕГО ТОЧКИ ЗРЕНИЯ выбор уже как бы произошел. Когда внешний физик отпирает ящик — он просто становится ЧАСТЬЮ ТОЙ ЖЕ СУПЕРПОЗИЦИИ, и тотчас перестает это воспринимать. То есть теперь уже его очередь стать совокупностью двух физиков: один радостно приветствует здорового, веселого приятеля, другой помогает испачканному коллеге выбраться из ящика и несет ему стакан воды. Просто ДЛЯ НЕГО (как в свое время для внутреннего) — выбор происходит в момент открытия дверцы. А «НА САМОМ ДЕЛЕ» происходит и то, и другое.

И вот в таких фокусах в каждый момент времени участвует вся Вселенная, на самом деле. Вот да, мир, в котором мы живем, именно настолько странен и чудовищен.

Но вернемся к чувствам нашего внешнего физика за мгновение до того, как он откроет дверцу ящика. Он волнуется. Пока он еще не знает, что там внутри, какой путь выбрала ЕГО вселенная. Но вот дверь распахнута — и выбор сделан, и он неотменим. И сам физик — часть этого выбора.

И совершенно не нужно быть физиком, чтобы испытать это сосущее чувство «вот сейчас все решится», когда вы становитесь частью суперпозиции и теряете все иные возможности. Да кто из нас не испытывал такого? Вот, например, вы забыли, сколько денег потратили за этот месяц, и вы подходите к банкомату, суете в него карточку, выбираете «Запросить баланс» — «показать на экрране» — ррраз! «Ваш баланс — 26 рублей 11 копеек». А ведь он мог показать и «12 651 076 рублей 94 копейки», чем черт не шутит, при вашей-то безалаберности в финансах? За секунду до нажатия вы еще этого не знали. Никто не знал, сколько у вас денег на счету. то есть не было наблюдателя. А раз не было наблюдателя, значит, была суперпозиция состояний. Была суперпозиция из вас-богатого и вас-нищего, пока вы шлепали к банкомату по зимней слякоти, с безумной надеждой в сердце. Теперь остался только нищий. Коллапс, блин. Запомните это ощущение, это, скорее всего, проявление квантовой физики в повседневной жизни***.

Ну и наконец последний рывок к истине. Допустим, что банкомат выдал вам вполне утешительную цифру, вроде 18 922 рубля 00 копеек. Зарплата завтра, так что вы вполне можете позволить себе купить новые кварцевые часы спортивной модели. Вы открываете интернет-каталог и понимаете, что перед вами выбор: брать ли за ваши деньги красивые и надежные японские часы Seiko Sportura, или менее красивые, зато швейцарские часы Tissot T-race. Сейчас вы сделаете клик, и выбор будет сделан****.

Задержитесь на секунду. Узнаете это сосущее чувство? Оно предвещает «коллапс волновой функции». Маркетологи, изучающие до потери пульса механизмы потребительского выбора! Сбегайтесь скорее сюда смотреть, как это делается, хоть вам и не понять ни за что, что тут квантовая механика действует. Клик! Выбор сделан. И никакой разницы, что делает его не бездушная природа, не генератор случайных чисел, встроенный в банкомат, а как бы мыслящее существо.

Ребятам из Tissot будет утешительно знать, что «на самом деле»-то наш потребитель остается в суперпозиции: ну как бы можно считать, что его деньги этаким размазанным облаком присутствуют и в Швейцарии, и в Японии одновременно. Но это в некой "настоящей" полипотентной вселенной. А в той, где мы живем — в одной единственной — увы. Все бабло получили японцы.

Уважаемые маркетологи, срочно закажите квантовым физикам исследование механизмов потребительского выбора, это будет наука хоть и второго класса (согласно Александру Львовскому), но чудо какая занимательная.

И, пожалуйста, не думайте, что мне Seiko проплатила материал (я про них вспомнил только потому, что эти часы у меня сейчас на руке, они у меня уже три года, как волновая функция коллапснула). Я про это пишу для того, чтобы напомнить лишний раз, с какими чудовищно странными, и при этом мировоззренчески важными, вещами имеют дело физики, и Александр Львовский в своем Сколковском Квантовом Центре в том числе. Раз уж я не могу никому объяснить (да и сам не понимаю) чем они там на самом деле занимаются и почему это круто.

Постскриптум

Александр Львовский, прочитав статью, сперва расстроился, потом плюнул в сердцах, а потом как-то проникся нашим невежеством и даже сделал несколько примечаний (звездочки в тексте). Вот эти примечания:

* ... Или не понеслась… То есть для него самого коллапс волновой функции уже наступил — ведь он не может знать сам, что он — суперпозиция. То есть, при некотором самообладании, он может об этом помнить. Но почувствовать или зарегистрировать то, что он часть суперпозиции, и что есть и другая её часть, он не сможет. Какие бы сверхчувствительные приборы он не взял с собой в ящик.  

** Может быть, об этом стоит сказать раньше — что парадокс заключается именно в том, что более общая теория (квантовая) опирается на менее общую (классическую). Это нелепо с философской точки зрения, поэтому возникают вопросы.

***Ну не то, чтобы это было проявление квантовой физики, но если вы запомните это ощущение, вам будет легче примириться с квантовой действительностью окружающего мира.

**** Неясно, при чём тут кванты. Возможно, какие-то молекулярные структуры в мозговых нейронах находятся в состоянии суперпозиции, а потом происходит её коллапс, т.е. суперпозиция распространяется на всю вселенную. Коллапс выглядит как выбор.

Читайте также

Комментировать Всего 43 комментария

Я представил этого флорентийского чувака и понял наконец-то устройство вселенной.

Еще бы: своими глазами увидеть квантовый объект!

Эту реплику поддерживают: Дмитрий Шумилов

Вы будете таки смеяться, но многие физики из тех, что "в первом сорте", уже 15 лет пишут свои волновые функции для сток-маркета. Но - на зарплате.

Но - на зарплате.

Какая разница, кму и что писать на зарплате.

Разница - в размере зарплаты.

Ну такая разница всегда есть, только она не зависит от того, кто и что пишет на зарплате.

Простите, Павел, но мне стала совсем недоступна Ваша мудрость.

Это нормально - каждому доступна только своя мудрость.

Эту реплику поддерживают: Иосиф Раскин, Сергей Мурашов

То есть расстояние между классической и квантовой физикой равно одной закрытой двери? И ей же равно расстояние между живым и мертвым котом? И блюющим и здоворым физиком?

Нет, наш посыл в том, что никакой классической физики на самом деле нет. Она - иллюзия. И сделав выбор (ну или если выбор СЛУЧИЛСЯ с нами), мы просто вступаем в эту иллюзию. А с точки зрения остальной вселенной (не участвующей в суперпозиции) мы становимся частью суперпозиции, сопрягаемся с ней, размываемся по возможностям, ну это как угодно можно себе представить..

Искренне завидую Вам и восхищаюсь еще больше, если Вы и правда понимаете то, что сейчас сказали!!!

Эту реплику поддерживают: Александра Карт

Пытаюсь понять, затем и говорю. Пытаюсь понять вместе с читателями, если выразиться точнее. Хотя физики будут нас за это презирать: вместо того чтобы исписать пару листов формулами, мы, миряне, просто болтаем какую-то чушь вокруг да около, надеясь, что из этой болтовни нарисуется какой-то осмысленный образ мира.

Эту реплику поддерживают: Елизавета Титанян

Я не понимаю очень многого.

Например я не понимаю, что такое электричество (у меня диплом инженера-электрика). И да, я в курсе мантры, что это когда отрицательно заряженные частицы бегут в обратную сторону. Но я не понимаю, что это значит. И довольно забавно, когда на вопрос, что такое электричество, люди отвечают, ну как что, вон выключатель нажимаешь, а там электричество.

Зато я как-то раз, уже довольно давно, поняла, что я когда-то умру. С тех пор очень хорошо ощущаю, до какой степени понимание отличается от просто знания.

Электричество - это вообще тайна. Прикрепил проводок к ржавому крылу автомобиля (это у них называется "масса") - и по всей ржавой хреновине пришли в движение электроны, и заработало, к примеру, радио. Ржавая хреновина – это кристалл. Движение электронов в кристалле. Если без компромиссов, то оно описывается такой заумной квантовой механикой, что ужас какой-то. А автомеханик в грязных портках просто проводок припаяет, и заработало.

О да, автомеханики  - великие люди!

Месяца три назад мне один такой умелец неработающую фару так починил (официально советовали всю фару менять) - проводком под названием "импровизация", 5 евро все удовольствие . До сих пор работает!

По ржавчине ток не идет.

Я это точно знаю потому что у моего сына есть пингвин, в которого можно залить мыльную воду и при нажатии на кнопку он будет пускать пузыри вместо многострадальной матери.

Недавно пингвин сломался, разобрала, оказалось - контакты проржавели. А дома и зачистить их нечем... Приходится каждый день теперь пингвином работать

Эту реплику поддерживают: Владимир Кайгородов, Сергей Мурашов

Лена, а еще же есть страшная тайна, почему ток течет по синусоиде, а провода прямые??

Эту реплику поддерживают: Сергей Мурашов

Много загадок таится в мистической дисциплине - электроэнергетике...

Эту реплику поддерживают: Алена Рева, Сергей Мурашов

Я уже тут где-то рассказывала, у меня экзамен по физике электричества был на втором курсе. Препод был с похмела.

Статику я кое-как рассказала, задачу не решила, а у него башка болит. Он мне и говорит: "Значит так, я тебе сейчас вопрос задам и дам время подумать. Ответишь - поставлю пять, не ответишь - три. Для чего нужна электромагнитная индукция?"

И пошел кофе пить на полчаса.

Я опросила всю аудиторию, ответа на этот вопрос не знал никто. Гугля тогда не было, учебники мы перекопали целиком.

Он возвращается. Я ему даю зачетку и говорю: "Ставьте три". Он ставит. Я соответственно спрашиваю, так для чего она нужна то?

"Для комплектности", - отвечает мне препод.

Ну не урод?

Лен, второй раз за сегодня хочу уже сказать, какая ты умная. 

Вот, пока не забыл, - говорю.

(Вообще, Сноб в этом смысле - страшно полезное место: видишь, какая прорва вокруг умных людей, и... и... блин, - вот не приходит в голову ничего умного, чтоб соответсвующим образом закончить фразу.  :)  )

Вот я это понял так: физика, на самом деле, квантовая... (Это в лучшем случае: если там, глыбже, нет чего-то ещё, посложнее, до чего наши физики покамест не докопались). Но мы-то привыкли думать, что она - классическая, и поэтому для нас она, и в самом деле, как будто классическая, хотя на самом деле она, конечно же, более сложная - такая, какая она и есть на самом деле...

Типа, как вот смотрит человек с определённым набором стереотипов на некоторое явление, и представляет себе, допустим, что-то одно... Подходит человек с другим набором - и видит там же что-то другое... А на самом деле - там нечто совсем даже третье. (Или, вернее, первое - и единственное).

Стих такой есть, дословно не помню, но суть в том, что когда дикарь и ученый смотрят на небо, они видят одни и те же звезды, но видят разные вещи.

Мне живется проще с тех пор, как я смирилась, что в данном вопросе я самый что ни на есть дикарь :-)

...никакой классической физики на самом деле нет. Она - иллюзия.

И суть этой иллюзии в суперпозиционировании - в дуалистическом мыслительном формотворчестве: "Пойдешь налево - коня потеряешь, пойдешь направо - ...".

Эту реплику поддерживают: Максим Прокопец

Ой, а я так все время живу, стараюсь не открывать дверей и ящиков, пока вконец не припрет.. а существовать во всех возможных вероятностях. Правда, моя бабушка Лида надывала это: Дурак думкой богатеет

"Когда вы уразумели, что путем размышления вам не выяснить, забралась ли кошка в  шкаф, разум шепчет: "Пойди и взгляни. Тут  нужен не я, а чувства". – К. С. Льюис, "Чудо"

Жаль, что даже образованный человек не понимает в наше время азов той науки, на которой основано его благосостояние. М.б. это потому, что ему все время вдалбливают, что это сложно?

Эту реплику поддерживают: Lucy Williams, Алена Рева, Алексей Алексенко

Ну вот кто-то кому-то вдалбливает, что это просто:

Думаете, так лучше?

Ну так, по-крайней мере, более понятными словами объяснено!

Алексей, а может попробовать честно объяснить, в чем дело, не повторяя без конца, что этого якобы никто не понимает и что простым смертным уж точно понять невозможно?

Объяснить что именно? Если вы об опытах Александра, он сразу отказался от идеи мне их объяснить.

А если вы имеете в виду "интерпретацию" квантовой механики, я как раз и старался понятнее. Если вы знаете как объяснить это понятно – что же молчите-то?

Между прочим, сам Львовский носится с идеей курса квантовой механики для школьников. Он тоже считает, что если сразу познакомитьребенка с основными понятиями, он привыкнет к ним и перестанет шарахаться и в конечном итоге, может быть, что-то поймет.

Алексей, я не молчу, даже опубликовал популярную книгу, где немало есть на обсуждаемую здесь тему. К сожалению, квантовая механика, хотя и может быть объяснена достаточно грамотному и заинтересованному человеку, не может быть объяснена на одной странице. 

Да, книгу, и довольно пухлую. А в чем разница между утверждениями "квантовая механика не может быть объяснена на одной странице" и "квантовая механика слишком сложна, чтобы объяснить ее в этой заметке" (ко второму утверждению вы как раз прикопались, якобы это я вдалбливаю людям, что они не могут этого понять)?

Алексей, не обижайтесь. Я лишь протестую против того, чтобы все время рисовать науку, как какую то недоступную нормальному человеку магию. 

Я не обижаюсь, что вы. Мне самому интересно, попросту говоря, зачем нужны эти якобы научнопопулярные тексты. Наука-то доступна всем, конечно: вон, каждый может поступить на заочный и изучить хоть ту же теорфизику. Но речь не об этой доступности, а о том, чтобы вписать науку в свою картину мира. А это можно сделать и без запоминания уравнений Максвелла. А можно и уравнения запомнить, а мыслить все равно в мировоззренческих категориях папуасского племени.

Вот например все изучали в школе физику, раздел динамика. Он начинается со сложнейших и совсем не интуитивных категорий массы и силы, которые никак не объясняются, кроме как на пальцах (помню как меня они мучили в 7-м классе своей нелогичностью). Но все к ним привыкают и как-то с ними живут потом. Ничего, если я им скажу, что гамильтониан и эйнштейновский тензор - это слишком сложно, и пока им не обязательно это изучать, чтобы почувствовать природу вещей?

Эту реплику поддерживают: Лена Де Винне, Сергей Мурашов

Алексей, основные идеи квантовой механики и теории гравитации Эйнштейна можно объяснить без гамильтониана и тензора кривизны. Эти объяснения нужны, т.к. член демократического общества не может быть просто безграмотным потребителем. Это несовместимо со свободой, которую у невежественных людей всегда отберут обманом.

Ну так это же вы физик а не я! Если знаете как объяснить - не в книжке, а в коротком формате - ну так вот  же ресурс!  Уплачено за хостинг, есть движок, остается текст набить на клавиатуре! Нет, мне тут из америки, где людей казнят, рассказывают как невежество несовместимо со свободой. Я реально в шоке.

:-)

Алексей, вот Вам объяснение парадокса кота. 

Во первых, в чем проблема? В том, что согласно квантовой механике, объекты могут иметь странные, с нашей точки зрения свойства, как то, быть разных местах одновременно. Мы такого в нашем "большом" мире не наблюдаем. Вот Шредингер и придумал схему, где такое вроде бы как ДОЛЖНО наблюдаться, но, очевидным образом не наблюдается. Получается, что у квантовой механики есть проблема. 

Проблема эта должна возникать всякий раз когда "маленький" объект соединяется с "большим" (атом с котом). Вроде бы они должны скакать вместе, а вот не скачут. Где ошибка? 

Она в том, что "большой" объект не характеризуется одним квантовым состоянием. Высказывание "кот мертв" или "кот жив" не характеризует полностью его состояние. Можно быть мертвым или живым неисчислимым количеством способов (с хвостом вверх или вниз, с выпущенными или впущенными когтями, с открытыми или закрытыми глазами и т д.). Когда атом соединяется со сложной (классической) системой, они начинают вместе осциллировать, но классическая система не возвращается в прежнее состояние, а переходит в другое, бесконечно близкое по энергии. Возникает что то вроде трения и квантовые осцилляции прекращаются. 

Это решение принадлежит Калдейре и Легетту, получено, по моему, в 80х.

Эту реплику поддерживают: Алексей Алексенко, Максим Прокопец

Спасибо. Ну да, это объяснение. Но другой физик даст другое объяснение, и что нам с этим делать?

А в науке так всегда и есть. Разные люди дают разные объяснения, мы смотрим, какое из них лучше объясняет и ПРЕДСКАЗЫВАЕТ эксперимент (без предсказаний ни одно из них гроша не стоит) и выбираем лучшее. То, что я описал, имеет солидный экспериментальный базис. Однако, например, Пенроуз думает, что оно недостаточно. Что ж делать, будущее покажет, кто прав.

А взглянешь - там вместо кошки вовсе даже и скелет!

Таня Ратклифф Комментарий удален автором

А я вот как-то с возрастом поняла и суперпозицию, и уравнение Шредингера.

В институте было непонятно, душа требовала конкретики и определенности.

А сейчас задумаешься, а не узнать ли баланс банковского счета после турпоездки, и хочется в суперпозиции замереть, потому что так вроде там денег может нет, а может и есть...

Эту реплику поддерживают: Сергей Мурашов

У меня у знакомых аспирантов  из МГУ  ( биофизика)    в давние времена еще был случай  когда снимали они стипендию свою с карты  и вдруг видят  какую-то невообразимо огромную сумму на счету  своем  стипендиальном  счету....  Ну нет чтоб сразу сообразить  пока функция волновая не схлопнулась.... и снять сколько можно в руках унести и сколько автомату  не жалко ....  Нет же, дипломированные специалисты,  пошли сначала домой , обсудили что делать и кто виноват, запаслись сумками и мешками под деньги  и пошли  в отделение  снимать  наличность.....  Операционистка в банке  увидев  эту сумму на счету бедных аспирантов, тут же им сказала что это была ошибка  и она сейчас  же будет  исправлена... Даже рубля не удалось оторватЬ.... Вот ведь волновая функция какая приключилась... какие-то электроны видимо ошиблись  щелью-дверью....но их быстренько вернули в правилЬную дверь...

кстати о Коте  Шредингера...  я это несколько иначе вижу....  как биолог...  Я 100% могу предсказать состояние кота не заглядывая и даже не открывая ящик. 

Единственно что моя предсказателЬная мощь зависит от времени  которое прошло от начала експеримента ....  через 21 день  нахождения кота в ящике  могу поспорить  о его состоянии  на какую угодно большую сумму  нулей и единиц  на моем счету в  компьютере банка.

Несколько цитат по теме, если позволите :

"Но толку нет от мыслей и наук, когда повсюду им опроверженье" (Высоцкий);

"Все считают, что что-то невозможно, но находится один дурак, который этого не знает, и именно он и делает открытие" (Аристотель);

"Талант попадает в цели, которые все видят, но не могут попасть. Гений попадает в цель, которую никто не видит" (с);

"По закону, понимаешь, современной аэродинамики, шмель летать не может. Не должен, падла, летать ! А он летает... с@ка  насекомая и безграмотная. Так не умеешь летать сам - не мешай шмелю !" (М. Веллер );

"Наука прекрасно может сочетаться с безграмотностью души" (с).

Эту реплику поддерживают: Максим Прокопец

 

Новости наших партнеров