CC BY
11
2002.03.014. ЛАУДИЗА Ф. ЭПР-АРГУМЕНТАЦИЯ В РЕЛЯЦИОННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ.
LAUDISA F. The EPR argument in a relational interpretation of quantum mechanics//http://xxx.lanl.gov/arXiv:quant-ph/0011016 . - (ArXiv:quant-ph. -Geneva, 2000. - 3 Nov. - Vol.3, N5. - 21 p.).
Противоречивая природа наблюдений находится в центре дискуссий по основаниям квантовой теории. Здесь, в отличие от классических теорий, проблема разграничения систем, которые осуществляют наблюдения, и систем, которые наблюдаются, не является чисто практической. Существует ли какое-то фундаментальное различие между этими двумя классами систем? Возможен ли более глубокий взгляд на роль наблюдателя, который даст новое понимание нелокальности? Федерико Лаудиза (философский факультет университета Флоренции, Италия) рассматривает ЭПР-проблему (т.е. проблему измерения в квантовой механике, поставленную мысленным экспериментом А.Эйнштейна, Б.Подольского и Н.Розена. - Реф.) в рамках недавно выдвинутой С.Ровелли реляционной интерпретации квантовой механики 1.
Согласно этой интерпретации, для обнаружения формы зависимости описания квантовых событий от системы отсчета наблюдателя нет необходимости обращаться к строго релятивистской квантовой теории. Само понятия состояния физической системы должно считаться бессмысленным до тех пор, пока оно не определено по отношению к другой физической системе, которая временно играет роль наблюдателя, который и приписывает системе состояние. При этом понятие абсолютного (или независящего от наблюдателя) состояния системы полностью исключается. «Это утверждение отчасти напоминает эйнштейновскую операционалистскую критику абсолютного понимания одновременности для удаленных наблюдателей» (с.5). Автор показывает прежде всего, что два наблюдателя будут по-разному описывать даже такие простые квантовомеханические процессы, как измерение только одной физической величины. При этом реляционная интерпретация выдвигает следующие два предположения относительно универсальности и полноты квантовой механики (КМ).
1. Все физические системы эквивалентны. Нельзя выдвинуть никакого специального условия в отношении систем, которые, по предположению, действуют как наблюдатели, за исключением того, что
1 Rovelli C. Relational quantum mechanics//Intern. j. of theoretical physics. -Dordrecht, 1996. - Vol. 35. - P.1637-1678.
они должны удовлетворять законам КМ. «Быть наблюдателем» не является свойством, фиксированным раз и навсегда для всех привилегированных физических систем, которые могут идентифицироваться как «системы наблюдения». Нельзя безоговорочно допускать, что такие наблюдательные системы обладают сознанием.
2. Реляционная КМ является полной физической теорией. Тот факт, что различные наблюдатели могут придти к различным оценкам одних и тех же процессов, не является признаком неполноты КМ; он является следствием реляционного метапредположения, согласно которому не существует абсолютной точки зрения, или точки зрения «извне», исходя из которой можно оценить состояние физической системы или значение величин, которые могут быть измерены у этой системы. Поэтому КМ может рассматриваться как «теория состояний систем и значений физических величин в отношении к другим системам... Если описание мира независимо от наблюдателя является нефизическим, то полное описание мира исчерпывается относящейся к делу информацией, которую заключают в себе составляющие мир системы» (с.8).
Рассмотрим двух наблюдателей О и О', описывающих измерение физической величины р некоторой физической системы 8. Пусть измерение производит наблюдатель О. Тогда наблюдатель О' может описывать уже только сложную систему 8+0. Анализ показывает, что О и О' будут давать разные оценки наблюдаемых событий. Можно попытаться трактовать этот феномен, исходя из того, что различие между наблюдателями состоит в том, что О знает в момент времени 12 сразу после измерения, каково состояние системы 8, а наблюдатель О' его не знает и поэтому приписывает 8 состояние суперпозиции, т.е. информационно «неполное» состояние. Однако при таком описании неявно предполагается существование «абсолютной» точки зрения, которую реляционная интерпретация как раз и отвергает. Можно провести общее различие между описанием и наблюдением системы 8 наблюдателем О: «описание» 8 не включает взаимодействие между О и 8 в моменты времени, в которые О описывает 8; О «наблюдает» 8, когда в действительности измеряет некоторую физическую величину 8. В этом случае существует взаимодействие между 8 и О, когда О «наблюдает» 8 (с.8).
Можно трактовать «описание», которое, в свою очередь, дает наблюдатель О', в терминах корреляции совместной системы О+8 как максимального количества информации, которая доступна для 0' в отсутствии взаимодействия в момент времени после измерения, между
О' и композитной системой О+8. Предполагается, что О' не выполняет измерения во временном интервале [11, У Оа - момент измерения наблюдателем О; 12 - момент измерения наблюдателем О'; 11<12) и поэтому может «описывать» состояние 8 в момент 12 только посредством некоторой наблюдаемой С(0,8), которая проверяет, корректно ли наблюдатель О записал результат измерения на 8. Собственные значения Сад таковы: 1 (запись правильна) или 0 (запись неверна). Условие совместимости двух описаний может выглядеть как требование коррелированности для наблюдателя О' результатов С(0,8)-измерения и р-измерения.
В чем же состоит реляционный анализ ЭПР-аргументации? ЭПР-парадокс приводит к альтернативе между полнотой и локальностью КМ: допуская полноту, мы должны отказаться от локальности, и наоборот. Ф.Лаудиза считает важным исследовать вопрос о том, будут ли и до какой степени предсказания данного наблюдателя в КМ влиять на структуру и значимость ЭПР-аргументации.
Обычное рассмотрение ЭПР-проблемы формулируется в нерелятивистской КМ, симметрии которой содержат галилееву подгруппу. Поэтому форма зависимости от наблюдателя, которая может быть принята во внимание, должна быть зависимостью от выбора систем отсчета. Такая зависимость от системы отсчета наблюдения существенно связана с существованием пространственно-подобного интервала между двумя измерениями физической системы и ограничивает саму возможность приписывать свойства квантовым процессам и объектам. Поэтому, полагает Лаудиза, необходимо скорректировать понятия реальности, полноты и локальности, обычно применяемые при анализе ЭПР-эксперимента, следующим образом.
1. Реальность. Если наблюдатель О без взаимодействия с физической системой 8 может предсказать с определенностью (с вероятностью, равной 1) в момент времени 1 значение q физической величины р, измеримой на 8 в состоянии 8, то в момент 1' сразу же после 1 q соответствует свойству 8, которое является объективным относительно О.
2. Полнота. Любая физическая теория Т, описывающая физическую систему 8, объясняет каждое свойство 8, которое является объективным относительно некоторого наблюдателя.
3. Реляционная локальность. Свойство физической системы 8, которое является объективным относительно некоторого наблюдателя, не может быть подвержено воздействию измерения над другой физической системой, выполняемого в пространственно-подобной области. Это
условие гарантирует, что не существует свойств, которые являются необъективными (в отношении к данному наблюдателю) и которые могут стать объективными посредством операций, выполняемых в пространственно-подобно разделенных областях.
Схема рассуждений в реляционном варианте анализа ЭПР-аргументации выглядит следующим образом. В качестве экспериментальной ситуации рассматривается корреляционный эксперимент ЭПР-Бома. Он включает в себя систему из двух частиц со спином 1Л, которые разлетаются в противоположных направлениях, причем обе подсистемы строго коррелированны. Изначально в источнике (в момент времени Ъо) наблюдатель О1 воспринимает состояние системы как запутанное, т.е. такое, которое не может быть разделено на два чистых. После этого в момент времени ^ он проводит измерение состояния одной из пространственно-подобно разделенных частиц (подсистемы 81) и получает значение проекции спина на выбранную ось, скажем, равное -1. Согласно принципу адекватности, согласно которому статистические предсказания КМ корректны, за счет наличия свойства антикоррелированности наблюдатель О1 может предсказать значение проекции спина для пространственно-подобно удаленной частицы 82 как равное +1. Согласно принципу локальности, проследив это состояние назад во времени вплоть до момента 1з, он обнаружит, что вместо запутанного состояния должно быть чистое состояние проекции спина, равное -1, что и порождает ЭПР-парадокс. Вместе с тем, пока наблюдатель О2 не проведет свои измерения, он должен приписывать подсистемам 81 и 82 запутанность. При этом «не должно возникать проблем относительно того, кто из наблюдателей прав. Пока О2 не выполнит измерение, он может описывать измерение, выполненное О1, как установление наличия корреляции между наблюдателем О1 и системой 81» (с. 15). Отсюда вывод: «Вопрос о том, когда наблюдатель может утверждать на основании ЭПР-аргументации, что КМ либо неполна, либо нелокальна, имеет ответ, зависящий от системы отсчета» (там же). По-видимому, еще один важный для дальнейших исследований вывод может состоять в том, что ЭПР-аргументация представляет зависимость между двумя результатами измерения, которая встроена в корреляции, являющиеся внутренне присущими ЭПР-запутанным состояниям. Поэтому пока наблюдатели не вступят во взаимодействие, они не могут сравнить свои описания состояний, а могут лишь описывать ЭПР-парадокс относительно своей системы отсчета. Этот вывод обеспечивает «мирное сосуществование» КМ и специальной теории относительности.
В.Д.Эрекаев
