Эффект наблюдателя

Доброго воскресенья.

Замечательный друг и чудесная подруга, рад вас видеть.

Космический месяц почти закончен, но это не повод отменять околокосмические темы. Тем более в День Солнца. Кстати, за окном совсем не солнечно. А как у тебя? Как думаешь, если смотреть на погоду — она поменяется? Нет? Но в микромире всё не так.

Наблюдатель меняет реальность?

Наверное, ты слышал (а) про этот фокус Юнга? Если нет, то вот базовые факты под него: понятие «частица» и «волна» не взаимоисключаемы, просто одна и та же сущность в разных условиях может вести себя по-разному. К примеру, при стрельбе «частицами» в стену они будут попадать примерно в одно место с некоторым гауссовским рассеиванием.

Если «частицами» стрелять в стену через прорезь, то «угол» разлёта уменьшится.

Если через два отверстия — то будут примерно две точки попадания.

Если стрельнуть только одной «частицей» через два отверстия, то она пролетит ИЛИ через условно левое, или через правое, ну или врежется в перегородку.

«Волны» ведут себя немного по-другому. При «столкновении» они могут как усиливать, так и ослаблять друг друга, поэтому пролёт волн сквозь два отверстия выглядит так. Явление называется интерференцией.

А если пулять всего по одному электрону через два отверстия? Он одновременно волна и частица, то как он себя поведёт?

Как волна. То есть, хотя и есть следы попаданий, то они в конце концов выстраиваются в картину интерференции. То есть вроде как ОДИН электрон пролетает разом через ДВА отверстия. Магия? Физики называют это суперпозицией.

А вот тогда архимагия. Если поставить датчик на одно из отверстий и смотреть, как пролетает полэлектрона через одно отверстие, то хитрая хреновина почует датчик и будет попадать в цель, без всякой интерференции, просто две кучки, чисто как частица, а не как волна. Да как ты это делаешь?

Всё дело в размере?

В обычном мире наблюдатель не меняет объект наблюдения (на первый взгляд, и это ключевой момент). Если смотреть на летящий мяч — ему пофиг, что смотришь, что нет.

Если измерить температуру градусником, то результат будет такой же, как и если не мерять. Стоп, если ртутным термометром измерить температуру достаточно маленького объекта, то его температура изменится из-за теплопередачи с градусником. Ну ты сам (а) наблюдал (а) это в детстве. Прохладная стекляшка охлаждает подмышку ненадолго.

На этом этапе уже всё понятно?

Датчик для таких маленьких штук, как электроны, слишком сильно влияет на них, это даже не термометр для ребёнка. А представь ещё большую разницу размеров. Обычным медицинским градусником с собственной температурой 21 градус измеряем температуру половины песчинки. Причём мы при помощи излучения подогрели кусочек камня до 100 градусов Цельсия, а перед измерением прекратили подвод тепла. Покажет ли термометр 100 градусов и взорвется, выйдя из шкалы, или чуть больше 21? М?

Так вот, одиночный электрон на фоне датчика электронов — это даже не полпесчинки рядом с медицинским градусником.

Полпроблемы.

Физики пытались уменьшить «градусник», сделать его совсем крошечным. И, наверное, на каком-то этапе влияние пропало, да хрен там. Дело не только в могучем пинке измерителя. Видимо, мир просто квантовый и странный, не такой, как кажется. Но мы уже проходили это. Земля вдруг оказалась не плоской, хотя выглядит такой. Солнце, а не наша планета — центр солнечной системы. Волга НЕ впадает в Каспийское море.

Мир другой.

А наука говорит: да, Земля плоская и сферическая, и в форме геоида одновременно. Всё зависит от того, какой процесс ты рассчитываешь и хочешь предсказать. То есть всё является всем с какой-то вероятностью и с какой-то точки зрения. А значит, и все эти квантовые приблуды — лишь последствие ограниченной точки зрения.

А как на самом деле?

Математический аппарат квантовой механики работает для своих размеров, но очень хочется сделать общую физическую теорию, чтоб одной и той же формулой считать все размеры. Как же сделан мир на самом деле? И какие идеи существуют?

Копенгагенская интерпретация. Реальности нет. Есть только облако вероятностей. Акт измерения «схлопывает» волновую функцию, заставляя частицу принять конкретное значение. Луна действительно существует, только когда мы на нее смотрим. Проблема такой версии — в том, что нет определения, что такое измерение.

Многомировая интерпретация Эверетта. Никакого коллапса нет. В момент измерения Вселенная ветвится. В одной ветви детектор зафиксировал электрон слева, а физик радостно записывает результат. В другой — идентичный физик записывает, что электрон справа. Все возможные исходы реализуются, но в разных, не сообщающихся друг с другом ветвях реальности. Здесь нет никакого особого статуса наблюдателя — он лишь часть системы, которая, как и все остальное, послушно расщепляется и проваливается в одну из реальностей. Проблема — если альтернативная вселенная ненаблюдаема, то как доказать, что она вообще есть или нет. Отсутствие фальсифицируемости обозначает, что теория ненаучна.

Квантовый дарвинизм. Попытка в реализм. Взаимодействуя со средой, квантовая система размножает информацию о устойчивых состояниях. И по итогам «выживает» самая стабильная ситуация. Наблюдатель считывает не саму систему, а этот победивший вариант, коллапс — это иллюзия. Проблема — допустим, есть стабильное состояние, но если нельзя его рассчитать надёжно до схлопывания, то это даже не гипотеза. А так, идея перед гипотезой.

Зачем эта философия?

Несмотря на бредовость квантовой физики с первого взгляда и отсутствие явных стопудовых расчётов, эффект наблюдателя уже используется в реальности.

Квантовая криптография. Сама суть защиты данных здесь строится на эффекте наблюдателя. Если злодей попытается прочитать квантовый ключ, измерение неизбежно разрушит хрупкие квантовые состояния фотонов. Легальные пользователи заметят аномалии и поймут, что канал прослушивается. Информацию невозможно украсть незаметно.

Квантовые вычисления. Квантовый бит (кубит) находится в суперпозиции 0 и 1 одновременно. Спецы по комплюктерному железу считают, что такая фигня даёт очень большую вычислительную мощь, и кто я такой, чтоб им противоречить. Проблема в наблюдателя — декогеренция — главный враг инженеров. Любое взаимодействие кубита с внешней средой равно измерению и разрушает вычисление. Создание квантового компьютера — это во многом попытка спрятаться от наблюдателя.

А как это связано с космосом?

Напрямую. Наш мир квантовый, и если мы не научимся считать это точно, а только с какой-то вероятностью, то и ракеты к далёким звёздам будут долетать с вероятностью. Выглядит как поле для распила бюджетов.

А с Иштар?

Ей предложат ещё одну гипотезу схлопывания волновой функции, и она не будет приятной.