CC BY
125
ФИЛОСОФИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
2006.03.004-007. ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ. (Сводный реферат).
2006.03.004. HUTTEMANN A. Explanation, emergence, and quantum entanglement // Philosophy of science. - East Lansing, 2005. - Vol.72, N 2. - P. 114-127.
2006.03.005. BUTTIKER M., JORDAN A.N. Ground state entanglement energetics. - Mode of access: http://www.arxiv.org/abs/quant-ph/0501018 (Vol.1, 4 Jan 2005).
2006.03.006. МЕНСКИЙ М.Б. Концепция сознания в контексте квантовой механики // Успехи физ. наук. - М., 2005. - Т.175, № 4. -С.413-435.
2006.03.007. ПОПОВ М.А. В защиту квантового идеализма // Успехи физ. наук. - М., 2003. - Т.173, № 12. - С. 1382-1384.
Андреа Хюттеман (философский семинар Мюнхенского университета, ФРГ) в статье «Объяснение, эмерджентность и квантовое запутывание» (004) ставит перед собой цель показать, что утверждение «с редукционизмом покончено» является преувеличением. Он анализирует проблему редукционизма в физике, выдвигая предложение использовать метод диахронного объяснения на микроуровне, пользуясь которым для объяснения перехода от микро- к макромиру, можно обобщить подходы, связанные с рассмотрением динамики составных систем и в классической, и квантовой механике.
Так называемое квантовое запутывание ответственно за неклассические особенности квантовой механики (КМ), такие как холизм и эмерджентность. КМ обеспечивает нас массой возможностей для использования редукционных методов при объяснении связи микро- и макромира. Например, в физике твердого тела имеются впечатляющие примеры использования методов описания поведения сложных систем в терминах поведения их составляющих.
Поведение кристаллов, жидкостей и металлов иллюстрирует эту точку зрения. Эти системы могут быть описаны в терминах поведения молекул, ионов и тому подобных составляющих систем. В этом смысле КМ предоставляет возможности для использования методов, опирающихся на редукцию, которые бы объясняли переход от макро- к микромиру. Это означает, что запреты на использование указанных методов в КМ были преодолены, т.е. они были завышены.
Методы объяснения на микроуровне применяются к описанию поведения составной системы в терминах поведения ее частей. Есть два вида таких методов: диахронный и синхронный. Квантовое запутывание показывает несостоятельность синхронных методов. По отношению к диахронным методам объяснения перехода на микроуровень КМ является настолько же редукционистской, насколько и механика классическая.
Автор рассматривает эмерджентность как онтологическое понятие, которое описывает отношение между частями и целым. Это понятие должно интуитивно показывать, что может существовать независимое поведение составной системы по отношению к поведению ее частей. Если принципиально невозможно объяснить поведение составной системы в терминах поведения ее частей, тогда о поведении системы нужно говорить как об эмерджентном. Тем не менее даже при условии принятия этого допущения утверждение, что некое поведение системы следует рассматривать как эмерджент-ное, часто опирается на дополнительные предположения.
Значения изменяющихся величин системы в определенный момент времени называют состоянием физической системы в этот момент времени. Однако константы и состояние системы не определяют поведение системы полностью. Так, существуют законы, которые описывают связь между изменяющимися переменными. В частности, они описывают, как меняется состояние системы со временем, то есть описывают динамику системы. В связи с этим и возникает необходимость выделения различных методов объяснения на микроуровне.
Синхронный метод объяснений на микроуровне выясняет, каким образом составная система находится в определенном состоянии в момент времени 1 в терминах состояний составных частей в этот же момент времени.
Диахронный метод объяснений на микроуровне объясняет, почему составная система находится в определенном состоянии в момент времени 1 в терминах более раннего состояния составной системы и динамики системы, которая, в свою очередь, связана с динамикой составных частей системы.
При помощи синхронного метода можно объяснить, почему составная система, такая как идеальный газ, имеет определенное значение энергии Е (макросостояние), если известно, что составные части системы находятся в состояниях с энергией от Е' до Е'' (состояния частей). Для понимания, почему система находится в состоянии с энергией Е, нам необходимо знание закона композиции, который определяет, какой вклад дает состояние каждой частицы в состояние системы как макрообъекта. Например, если мы предположим, что взаимодействием между частями системы можно пренебречь, то кинетические энергии частей надо просто просуммировать.
Квантовое запутывание является контрпримером использования синхронного метода объяснений на микроуровне. В случае рассмотрения спиновых состояний двухчастичной квантовомеха-нической системы оказывается, что система может находиться в смешанном состоянии, которое не может быть представлено как прямое произведение чистых состояний частиц. Следовательно, такое состояние системы не может быть объяснено в терминах состояний частей системы, а значит, с точки зрения синхронного метода объяснения на микроуровне состояние составной системы эмерджентно. Но это показывает лишь сложности метода синхронного объяснения на микроуровне, а не то, что свойство эмерджент-ности присуще КМ.
Диахронный метод объясняет, почему составная система находится в определенном состоянии в момент времени 1;, в терминах состояния составной системы в момент, предшествующий времени 1;°. Это достигается при помощи определения временной эволюции, или динамики системы, которая в свою очередь связана с динамикой частей системы. Динамика составной системы анализируется в терминах частей. Вот почему к этому методу часто относятся как к форме объяснения на микроуровне.
Как этот метод работает в случае многочастичной системы в классической механике? Первый шаг в объяснении и анализе ди-
намики системы состоит в определении ее частей, например двух изолированных одночастичных систем. Для невзаимодействующей системы двух частиц надо определить два шестимерных фазовых пространства, по одному для каждой из частиц, а также классический гамильтониан для каждой из них. Это, однако, еще не описание двухчастичной системы. Пока это - описание двух отдельных одночастичных систем. Нам нужны также законы композиции, которые объяснят нам, как описание поведения подсистем следует объединить так, чтобы получить описание поведения составной системы.
Такой закон оставляет свободное место для введения дальнейших законов композиции физических величин, в зависимости от того, являются ли они скалярными, векторными или тензорными. Например, гамильтониан является скалярной величиной. В отсутствие взаимодействия между частями системы закон композиции предписывает величинам составной системы быть равными суммам соответствующих величин составных частей, т.е. в данном случае гамильтониан системы равен сумме гамильтонианов его подсистем.
Состояния составных частей не играют роли в объяснении динамики составной системы, так как требуются только законы динамики составных частей и композиции. Ощущение того, что классическая механика является примером редукционизма, больше опирается на диахронный метод объяснений на микроуровне, чем на синхронный метод объяснений. Это ощущение основывается на том факте, что оказалось возможным объяснить макроскопические свойства системы в терминах поведения частей системы. Таким образом, диахронный метод объяснений на микроуровне определяет подход, в соответствии с которым классическая механика является примером редукционизма.
Диахронный метод объяснения на микроуровне состоит из трех частей. На первом этапе сложная физическая система мысленно разбивается на подсистемы (например, ионы). На втором этапе эти подсистемы рассматриваются как изолированные друг от друга. Затем определяется их динамика как изолированных подсистем (члены кинетической энергии). Наконец, вклады их взаимодействия (члены потенциальной энергии) суммируются для того, чтобы прийти к оп-
ределению динамики составной системы. Эту процедуру применяют, когда хотят определить эволюцию составной системы.
Но диахронный метод объяснения на микроуровне не освобождает от вопроса о том, может ли он стать несостоятельным, т.е. возможна ли эмерджентность. Гюттеман допускает такую возможность. Например, если бы было невозможно точно установить динамику составляющих систему частей, рассмотренных в изоляции друг от друга, диахронный метод объяснений на микроуровне стал бы несостоятельным. Все же могут возникнуть споры относительно того, что критерий эмерджентности является слишком строгим, или наоборот, что критерий применимости метода диахронного объяснения является слишком слабым. До тех пор пока не наложены никакие другие ограничения, например на допустимые виды взаимодействия или силы, аннулируется важный источник того, что часто рассматривается как пример эмерджентности. В частности, если бы нам пришлось ввести в рассмотрение специальную силу, которая бы объясняла происхождение высокотемпературной сверхпроводимости, мы бы, несомненно, рассматривали это как случай, где метод объяснений на микроуровне становится несостоятельным, т.е. случай проявления эмерджентности.
Таким образом, кажется разумным вводить дальнейшие ограничения для метода диахронного объяснения на микроуровне, если мы хотим более четко разобраться с пониманием эмерджент-ности. Окажется ли динамика составной физической системы эмерджентной или нет, будет зависеть от дополнительных ограничений, которые мы наложим на рассматриваемую нами ситуацию. Но каковы разумные ограничения на взаимодействия и как обосновать их конкретный выбор? Автор не знает, как ответить на этот вопрос. Он хочет показать только то, что, если на классическую механику смотреть как на пример использования метода объяснений на микроуровне динамики составных систем, тогда КМ является в этом же смысле настолько же редукционистской, какими бы ни были априорные ограничения на взаимодействия. Тем не менее он поддерживает требование, чтобы все законы, которые участвуют в объяснении на микроуровне, были скорее общими, чем специальными.
В КМ возможен и применим тот же метод редукции на микроуровне, что и в классической механике. Отличием является то,
что в ней необходимо заменить классические переменные, входившие в классические гамильтонианы, операторами, входящими в квантовые гамильтонианы. Но квантовые гамильтонианы строятся в соответствии с теми же самыми процедурами, что и в классической механике, а именно на основе общих законов, описывающих временную эволюцию компонент, рассматриваемых изолированно, общих законов композиции, общих законов взаимодействия. Результатом является то, что квантово-механическое объяснение динамики составных квантовых систем является настолько же редукционистским, как и в случае объяснения классических систем.
Такой вывод не означает, что эмерджентность невозможна. Может оказаться, что дополнительное требование, например общности законов, не выполняется. Введение же специальных сил имеет место как в квантовой, так и в классической механике. В отличие от применения метода синхронного объяснения на микроуровне, источник такой эмерджентности не будет обусловлен самой по себе КМ. КМ имеет столько же причин, обуславливающих принципиальную несостоятельность рассматриваемого метода, что и классическая механика. В классической механике всегда возможно рассмотреть состояние подсистемы как нечто ей внутренне присущее и нехолистское. Нет ни запутывания, ни неделимости состояний. По-другому дело обстоит в КМ. Тем не менее по отношению к динамике составных систем не существует разницы между классической механикой и КМ.
М. Буттикер и А.Н. Иордан (факультет теоретической физики Женевского университета, Швейцария) в статье «Энергетика запутанности основного состояния» (005) рассматривают свойства основного состояния простых квантовых систем, которое связано с окружающей средой. Вообще говоря, квантовая система всегда запутана со своим окружением в квантово-механическом смысле. Одно из следствий этого состоит в том, что даже при нулевой температуре энергия системы не является точно выраженной: проективное измерение может обнаружить систему в возбужденном состоянии.
Охлажденная до нулевой температуры квантовая система тем не менее «знает» о своем окружении. Аналогичным образом существует информация о системе в ее окружении, так как в целом состояние системы и состояние термостата запутанны. При этом ос-
новное состояние не может быть представлено произведением волновой функции системы и волновой функции резервуара. Авторы рассматривают двухуровневые системы, называемые кубитами (гармоническими осцилляторами), которые связаны с термостатом. «В такой "термодинамической" установке мы не можем разделить две системы и использовать тест Белла... для проверки запутанности» (005, с.1). Тем не менее состояния системы, запутанные с состояниями резервуара, проявляют ряд свойств, которые отличают их от систем, для которых основное состояние факторизовано.
Очень важной величиной в этом плане является энергия системы, которая всегда является наблюдаемой. Полную энергию можно записать как операторную сумму энергии системы, энергию связи и энергии резервуара. Важная причина рассмотрения именно энергии состоит в том, что при нулевой температуре флуктуации энергии представляют собой прямой индикатор запутанности состояния «система-резервуар». Напротив, если это состояние не запутанно, то система находится просто на своем низшем энергетическом уровне.
Энергия подсистемы является той наблюдаемой величиной, которая наилучшим образом иллюстрирует различие между сепа-рабельными и запутанными основными состояниями. Если окружение представлено в виде линейной цепи частиц, взаимодействие резервуара и системы может быть рассмотрено как проблема рассеяния. В этом случае информация о системе представлена в резервуаре в форме фазы отраженной части состояния рассеяния.
Естественный вопрос состоит в том, как эта работа связана с наличием или отсутствием дефазирования при нулевой температуре. Исторически, дефазировка связывалась главным образом с приданием случайного характера квантово-механической фазе через взаимодействие с некоторой флуктуирующей переменной, такой как редукция из флуктуаций напряжения интерференционной картины Ааронова - Бома, которая обычно вымораживается при низких температурах. Обычно недиагональные элементы матрицы плотности убывают со временем, тогда как диагональные элементы остаются постоянными.
Современная точка зрения состоит в том, чтобы называть де-когеренцией любой механизм, при котором за отправную точку берется чистое состояние и заканчивается смешанным состоянием
системы. Точная причина этого перехода состоит в квантовом запутывании системы при наблюдении с другими степенями свободы, которые не отслеживаются. Поэтому, хотя полная квантовая система может находиться в чистом состоянии, тот факт, что локальные измерения на подсистеме выделяют только часть информации, приводит к смешанному поведению.
В этом смысле декогеренция заведомо существует при нулевой температуре до тех пор, пока или не исчезнет константа связи (поэтому основное состояние сепарабельно), или до тех пор, пока все еще существует возможность проведения измерения на каждой связанной квантовой степени свободы, так что чистота основного многочастичного состояния достижима.
«Восстановление равновесия, по-видимому, является простейшим возможным методом приготовления запутанного состояния. По этой причине энергетика запутанности основного состояния будет, вероятно, важным направлением будущих исследований» (005, с.9).
М.Б. Менский (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва) продолжает (006) свои исследования некоторых важнейших проблем КМ: проблемы декогеренции, проблемы измерения, коллапса волновой функции (Менский М.Б. Квантовая механика: Новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов // Успехи физ. наук. - М., 2000. - Т. 170, № 6. -С.631-648). Их изучение приводит автора к выводу о том, что определяющую роль в результатах измерений играет сознание наблюдателя. В данной работе автор расширяет и углубляет свой подход. Наиболее впечатляет развертываемая автором картина, в которой сознание, расщепляясь, осуществляет выбор одного из эвереттовских миров. Суть этого процесса состоит в следующем.
Возможно, основным направлением поиска решений концептуальных проблем является концепция Х. Эверетта-Ш, которая была предложена еще в 50-е годы1. Его многомировая интерпретация, ранее считавшаяся слишком фантастической, в последние два десятилетия очень активно обсуждается и принимается «большим количеством специалистов».
1 Everett H.-III. - Mode of access: Rev. mod. phys. - N.Y., 1957. - T. 29. -P. 454; см. также републикацию в: Quantum theory and measurement. - Princeton, 1983.
В КМ важнейшую роль играет феномен коллапса волновой функции. Но автор предлагает быть более последовательными и не «портить» КМ чуждым ей постулатом редукции, а опираться на присущую ей линейность. Тогда необходимо сделать вывод, что после взаимодействия, которое мы называем измерением, состояние системы и прибора примет вид суперпозиции. Но если ничего не отбрасывать, то все члены суперпозиции нужно интерпретировать. В концепции Эверетта (а точнее, в эквивалентной ей многомировой интерпретации) предполагается, что различные члены суперпозиции соответствуют различным классическим реальностям, или классическим мирам. Принимается, что эти реальности, или миры, совершенно равноправны.
Но каждый наблюдатель видит лишь один результат измерения. Казалось бы, в его сознании с неизбежностью происходит редукция, т.е. выбор одной компоненты суперпозиции. Но это не противоречит концепции многих миров: «Сознание наблюдателя как бы расщепляется (разделяется), так что в каждом из классических миров он видит то, что в этом мире происходит» (006, с.423). Эвереттовская интерпретация состоит в том, что в каждом из классических миров наблюдатель видит (осознает) то, что произошло в нем. «Таким образом, сознание наблюдателя расслаивается, разделяется в соответствии с тем, как квантовый мир расслаивается на множество альтернативных классических миров» (006, с.424). В общем случае альтернативных классических миров после измерения оказывается столько, сколько альтернативных результатов может дать измерение. В отличие от обычной (копенгагенской) трактовки измерения происходит редукция состояния (или, что то же самое, выбор одного альтернативного результата измерения из всех возможных). Селекция одной альтернативы не происходит. «Субъективно наблюдатель воспринимает происходящее так, будто существует лишь один классический мир, именно тот, который он видит вокруг себя. Однако согласно концепции Эверетта на самом деле во всех альтернативных мирах имеются как бы "двойники" этого наблюдателя, ощущения которых дают каждому из них картину того мира, в котором "живет" именно он» (006, с.424).В эве-реттовской трактовке возникает некоторая двойственность, трудная для осмысления. Она состоит в том, что все альтернативы реализуются, а сознание наблюдателя разделяется между всеми альтер-
нативами. «Другими словами, сознание в целом разделяется между альтернативами, но индивидуальное сознание субъективно осуществляет выбор (селекцию) одной альтернативы» (006, с.424).
В одном (любом) эвереттовском мире все наблюдатели видят одно и то же, их наблюдения согласованы друг с другом.
Принципиальный момент состоит в том, что «никаких «многих» классических миров на самом деле нет. Есть только один мир, этот мир квантовый, и он находится в состоянии суперпозиции» (006, с.424). Это означает, что каждый классический мир представляет собой лишь одну «классическую проекцию» квантового мира, которая создается сознанием наблюдателя. При этом сам квантовый мир существует независимо от наблюдателя.
Чтобы исключить недоразумения, бытующие в популярной литературе и в дискуссиях по данному вопросу, следует изменить акценты в терминологии: вместо слов «различные классические миры» следует употреблять выражение «различные компоненты суперпозиции».
«Имеется одно действительно существенное возражение против концепции Эверетта. Оно состоит в том, что эту концепцию невозможно проверить, или, по крайней мере, так кажется на первый взгляд» (006, с.425). Концепцию Эверетта можно проверить наблюдениями особого рода - наблюдениями над индивидуальным сознанием.
Однако в предлагаемой трактовке требуется как-то объяснить, почему наблюдатель всегда видит лишь одну альтернативу. «Будем рассуждать логично. Если объективно (т.е. в соответствии с законами квантовой механики) селекции альтернативы не происходит, а наблюдатель тем не менее всегда осознает лишь одну альтернативу, значит, селекция альтернативы происходит в сознании наблюдателя» (006, с.425). И сам Эверетт, и все его последователи в той или иной форме также считают, что селекция альтернативы связана с сознанием. Однако в подходе это положение усиливается: селекция альтернативы должна быть отождествлена с сознанием. Поскольку в психологии сознанием называется лишь то, что воспринимается субъективно, т.е. «классическая компонента» сознания, то для отождествления понятия «сознание» с некоторым понятием из квантовой теории измерений следует понимать сознание
расширительно, как нечто, способное охватить весь квантовый мир, а не только одну его классическую проекцию.
В итоге Менский формулирует гипотезу отождествления: «Способность человека (и любого живого существа), называемая сознанием, - это то же самое явление, которое в квантовой теории измерений называется редукцией состояния или селекцией альтернативы, а в концепции Эверетта фигурирует как разделение единого квантового мира на классические альтернативы» (006, с.426).
Гипотеза отождествления тесно связана с «интерпретацией многих разумов» (many-minds interpretation). В рамках такого подхода сознание оказывается общей частью квантовой физики и психологии и, следовательно, естественнонаучной и гуманитарной сфер. «Общую часть квантовой физики и психологии, которую в контексте квантовой физики можно назвать разделением альтернатив, следует отождествить лишь с самым глубоким (или самым примитивным) пластом сознания. Этот пласт сознания лежит как бы "на границе сознания" и тесно связан с явлением осознавания, т.е. с переходом от состояния, когда нечто не осознано, к состоянию, когда оно осознано» (006, с.426). При этом речь должна идти лишь о том неуловимом, что отличает состояние, в котором субъект осознает происходящее, от состояния, в котором он его не осознает.
Обычно в КМ, говоря об измерении, имеют в виду мгновенные измерения, но на самом деле мгновенных измерений вообще не существует, каждое измерение имеет конечную продолжительность. Менский предлагает рассматривать более общую и более реалистическую ситуацию, когда процесс измерения протекает непрерывно. В этом случае альтернативы можно описывать так называемыми «коридорами путей», т.е. с помощью пучков фейнманов-ских путей. Принцип такого описания состоит в том, что при таком представлении вопрос о «размножении» классических миров вообще не возникает.
В случае достаточно широких коридоров каждая из альтернатив описывает квазиклассическое движение системы, а представляющий ее коридор соответствует некоторой классической траектории. «Можно использовать очень наглядный образ квантового коридора: измеряемая система движется по коридору, который определяется результатом измерения. И хотя в общем случае
имеется в виду коридор в фазовом пространстве, для наглядности можно при этом представлять себе частицу, движущуюся по коридору в обычном нашем 3-мерном пространстве» (006, с.427).
Какой набор альтернатив с точки зрения живых существ является выделенным среди всех возможных наборов? Если бы альтернативы не были классическими, то в сознании возникала бы картина непредсказуемого мира, в частности в этом мире существенную роль могли бы играть квантовые нелокальности. В этом случае для живого существа выработка оптимальной стратегии была бы невозможна, и, следовательно, невозможна была бы и сама жизнь в той форме, в которой мы ее знаем. Предсказуемость эволюции, характерная для квазиклассических коридоров (как образов классических траекторий), оказывается абсолютно необходимой.
«Таким образом, в расширенной концепции Эверетта классичность эвереттовских миров оказывается необходимой для самого существования сознающих живых существ... По сути дела, в рамках расширенной концепции Эверетта КМ проливает свет на само понятие жизни, живой материи. Живое существо, в отличие от неживой материи, обладает способностью особым образом воспринимать квантовый мир. Этот мир, с его характерной квантовой нелокальностью, живое существо воспринимает не в целом, а в виде отдельных классических проекций. Каждая из таких проекций является "локально предсказуемой"» (006, с.428). Отсюда следует вывод: явление разделения альтернатив, отождествляемое с сознанием, представляет собой не закон природы, а способность, которую живые существа выработали в себе в процессе эволюции. «Можно сказать, что классического мира вообще объективно не существует, а иллюзия классического мира возникает лишь в сознании живого существа» (там же).
Принципиальную возможность реального существования такого «квантового сознания» можно проверить прямыми физическими экспериментами. Для этого нужно построить и исследовать его модель на базе квантового компьютера. Задача состоит в том, чтобы сформулировать критерий выживания и подобрать такой закон эволюции каждой из альтернатив (компонент суперпозиции), чтобы эта эволюция была предсказуемой, а выживание стало возможным. Однако для этого требуются квантовые компьютеры, которых пока нет. Пока можно говорить о реальности создания об-
разцов таких компьютеров. Но даже на них можно попытаться реализовать модель «квантового сознания».
Сознание может влиять не только на характер альтернатив, но и на вероятности того, какую альтернативу оно будет наблюдать. Но тогда сознание может увеличить вероятность попадания в те классы эвереттовских миров, которые представляются для него предпочтительными. В концепции Эверетта сознание в целом (в отличие от отдельных его компонент) охватывает весь квантовый мир, все его «классические проекции». Возможно, что индивидуальное сознание, которое существует в некотором эвереттовском мире (в некоторой классической реальности), при определенных условиях может выходить в квантовый мир в целом, «заглядывать» в другие альтернативы, в другие реальности. Это означает, что человек способен не только мысленно представлять, но и непосредственно воспринимать «другую реальность», в которой он мог бы существовать.
Менский выдвигает идею о необходимости новой методологии. Дело в том, что проверка подобных возможностей сознания предполагает осуществления экспериментов по наблюдению за индивидуальным сознанием. «Предположим, что такие наблюдения оказались в согласии с предсказаниями (расширенной) концепции Эверетта. Было бы это, с точки зрения физики и физиков, доказательством истинности этой концепции? Отнюдь не очевидно. Ведь в физике (да и вообще в естественных науках) принято считать критерием истинности только серии экспериментов с повторяющимися результатами, проведенные к тому же разными экспериментаторами (чтобы подтвердить их объективность, независимость от человека, который их проводит). Эксперименты со своим собственным индивидуальным сознанием или наблюдения над ним не имеют с этой точки зрения доказательной силы... Приходится признать, что, рассматривая предположение о влиянии сознания на вероятности альтернатив, следует гораздо более осторожно, чем это принято в естественных науках, рассматривать вопрос о критериях истинности. Это значит, что либо расширенная указанным образом концепция Эверетта не может быть включена в русло физики (и вообще естественных наук), либо методология этих наук должна быть существенно расширена. Новая методология должна, во-первых, допускать эксперименты с индивидуальным сознанием
или наблюдения над ним в качестве инструмента проверки теории, а во-вторых, учитывать возможное влияние априорных установок на результаты наблюдений» (006, с.432). К счастью, история науки уже располагает аналогиями в этом плане. Так, история появления неевклидовых геометрий дает эвристический оптимизм для формирования некой аналогичной методологии.
Итак, деятельность «в рамках концепции Эверетта требует расширения методологии и в каком-то смысле выводит за рамки физики и даже вообще естественных наук... И все же главным в этой «проблеме века» является, на наш взгляд, поиск не математических, а концептуальных решений» (006, с.434).
М.А. Попов (Королевский институт философии, Лондон, Великобритания) в письме в редакцию журнала «Успехи физических наук» утверждает, что «некоторые характеристики квантовых частиц не могут существовать без экспериментатора. Соответственно эксперимент (а не просто "измерение") представляет естественное состояние квантового мира» (007, с.1382). Он упоминает термин Эйнштейна «квантовый солипсизм» и приводит выдержку из письма Эйнштейна Э.Шрёдингеру о том, что подобный «солипсизм» «представляет собой "рискованную игру с реальностью" - с реальностью как с чем-то независимым от того, что установлено экспериментом» (007, с.1382).
Ссылаясь на работы К. Гёделя и А.А. Логунова, автор укоряет Эйнштейна в следующем противоречии: «В прямом противоречии со своим собственным идеализмом Эйнштейн... предполагал, что физики должны верить в то, что определенные характеристики квантовых частиц могут существовать независимо от экспериментатора, даже если квантовые эксперименты доказывают обратное», «подобно тому, как это ранее делал В. Ленин» (007, с.1382).
«Парадокс запутывания, сформулированный Эйнштейном, Подольским и Розеном в 1935 г., - не был, однако, способен остановить развитие квантового идеализма в физике. И сегодня, когда эффект Эйнштейна - Подольского - Розена (в котором между относительно далеко удаленными и не взаимодействующими в настоящее время частицами существует сильная корреляция)... является обычным лабораторным опытом, мы можем, наконец, всерьез рассматривать квантовый солипсизм (но не берклианство вообще)
как направление экспериментального идеализма современной науки» (007, с.1382).
В поддержку своей точки зрения на якобы происходящий процесс активного восстановления идеализма в современной физике Попов привлекает слова Шрёдингера (1961 г.) о том, что «научное знание образует часть идеалистической подосновы (background) человеческой жизни» (007, с.1382).
Автор выражает надежду на то, что «традиционный тривиальный «материализм» в квантовой физике не может преобладать всегда» (007, с.1382). При этом он признает, что «неприятным и нежелательным свойством современного экспериментального идеализма в науке» является «несовершенство квантового идеализма» в целом. «Так или иначе, эволюция научного знания подходит поразительно близко к идеалистической картине природы» (там же).
«Затруднительно не думать об экспериментальном квантовом результате как имеющем отношение к некоторым "предсущест-вующим" (т.е. существовавшим еще до эксперимента), "локально реальным" или "скрытым" свойствам "объективной" реальности, которая должна существовать без экспериментатора» (007, с.1382). Такие «когнитивные затруднения» основаны «на соображениях здравого смысла».
Попов описывает три основные формы опровержения квантового идеализма.
1. Опровержение в форме Ландау - Лифшица, которая «является вполне ясной и хорошо определенной». В согласии с Дж. Беллом и Н. Бором это опровержение требует для формулировки КМ классические понятия, например «классический аппарат», «классическое измерение», «классическая несущественность присутствия внешнего наблюдателя», и «небольшого количества квазиклассической математики». Исходя из этого, можно выделить следующие этапы такого опровержения.
«ШАГ 1. Принципиально невозможно сформулировать основные понятия квантовой механики без использования классической механики.
ШАГ 2. Возможность квантового описания движения электрона требует также присутствия физических объектов, которые с
достаточной степенью точности подчиняются классической механике.
ШАГ 3. В этом контексте "классический объект" обычно называется "аппаратом", а о его взаимодействии с электроном говорят как об "измерении"...
ШАГ 4. Таким образом, под "измерением" в КМ понимается любой процесс взаимодействия между классическим и квантовым объектами, происходящий независимо от наблюдателя...
ШАГ 5. Следовательно, даже если квантовое измерение связано с тем обстоятельством, что динамические характеристики электрона обнаруживаются только как результат измерения... измеряемая величина имеет сама по себе определенное предсущест-вующее значение, независимое от измерения» (007, с.1382-1383). «Классическая» природа аппарата в этом контексте означает, что в любой момент «показание» аппарата имеет определенное «пред-существующее значение». В итоге Ландау и Лифшиц устанавливают некоторую «объективную» теорему для «объективной» физики без наблюдателя.
2. Опровержение К. Готтфрида. Оно основано на теории де-когеренции. По Готтфриду, «базовая глобальная структура мира как целого (^ представляет собой сумму W=S+R, где 8 - квантовая система, а R - остальной мир, из которого осуществляются измерения над 8». Из этого можно сделать вывод: «Внутри мира как целого существование физика-наблюдателя не является необходимым» (007, с. 1383).
Такая позиция Готтфрида базируется «на очень «земной» философии». В подтверждение такой «заземленности» философии автор приводит следующие слова Готтфрида: «Физика, в противоположность иным занятиям, требующим непомерных усилий, представляет собой изучение воспроизводимых явлений. В микромире является эмпирическим фактом, понятным без помощи какой-либо теории, что лишь поведение ансамбля в общем случае воспроизводимо, тогда как поведение индивидуальных систем таковым не является. До поры до времени было возможно ввести предположение, что существуют скрытые переменные, которые, если их обнаружить, устранят необходимость статистики на фундаментальном уровне. Однако эксперименты, инспирированные неравенством Белла, закрыли возможность такого выхода, так как они за-
претили все теории скрытых переменных, кроме тех, в которых скрытые переменные нелокальны. Следовательно, статистическая теория микрокосмоса - это все, что остается искать теоретической физике» (цит. по: 007, с.1383).
3. Опровержение в форме ван Кампена представляет собой «"перфекционистский" (отчасти также догматический) способ опровержения квантового идеализма, предполагающий, что КМ представляет собой "совершенно логичную, самосогласованную физическую теорию, которая может быть понята рационально"... без какого-либо ощущения иррациональности» (007, с.1383).
Согласно ван Кампену, стремление к иррациональному составляет основную проблему всей современной квантовой физики и привело к «причудливым «интерпретациям»» типа теории скрытых переменных, разума наблюдателя, многомировой интерпретации и др. «Они не нужны и бесполезны для понимания КМ» (цит. по: 007, с.1383).
«Перфекционистский» статус КМ включает следующие положения:
«1) КМ имеет дело с феноменами, наблюдаемыми и записываемыми макроскопическим аппаратом. Чтобы аппарат был чувствителен к микроскопическому событию, он приводится в метаста-бильное состояние. Соответственно событие вызывает переход в стабильное состояние и тем самым теряет неисчезаемость записи...
2) "макроскопическая система" представляет собой квантовую систему, обладающую таким количеством степеней свободы, что индивидуальные собственные состояния и собственные значения этой системы теряют смысл;
3) "измерение" включает взаимодействие между объектом и аппаратом и описывается уравнением Шрёдингера для составной системы...
4) необходимо делать различие между коллапсом волновой функции и коллапсом вероятности. К сожалению, использование матрицы плотности толкает к смешиванию этих видов коллапса...
5) коллапсы происходят независимо от наблюдателя, как только наблюдатель сделал выбор эксперимента;
6) волновая функция - это математический инструмент для вычисления вероятностей. Вероятности можно сравнить с наблюдениями, только повторяя эксперимент много раз» (007, с.1383).
Совокупность этих положений приводит к выводу, что квантовая механика может быть понята рационально.
Автор предлагает конкретную реализацию «решающего эксперимента». Он упоминает, что С.Н. Трубецкой в работе «Основания идеализма» «дал систематический анализ фундаментальных находок философского идеализма в терминах науки начала ХХ века» (007, с.1383). Трубецкой сформулировал «основное предположение всех подлинных идеалистов» следующим образом: «Нет никакого сомнения, что все наше знание начинается с опыта. Однако мы не знаем реальности вне сознания, ибо мы знаем только реальность, которая есть в сознании. Вещи не могут существовать, следовательно, без сознающего разума» (007, с.1384). В качестве следствия Попов выводит, что теперь необходимо допустить, что не существует объекта без субъекта познания, «вещь в себе» существовать не может, поскольку то, что мы не можем мыслить, не может и существовать: «Как хорошо известно, чтобы проверить эту формулу, И. Кант развил идею так называемых "психологических самоэкспериментов", в которых экспериментатор пытается вообразить произвольный объект вне пространства и времени... Следуя Канту, С.Н. Трубецкой сделал попытку использовать своего рода "мысленные эксперименты" для того, чтобы доказать формулу. В частности, он предположил, что мы не можем вообразить существование неорганической Вселенной без наблюдателя. Нет сомнения, что современная наука может помочь нам в реконструкции начальной истории Вселенной без разумного наблюдателя. Такое описание представляет собой описание некоторого воображаемого наблюдателя, но не наблюдателя подлинного, живущего в эпоху зарождения Вселенной» (007, с.1384).
«В 1935 г. А. Эйнштейн, Б. Подольский и Н. Розен впервые в мировой истории идеализма вывели из антиидеализма экспериментально проверяемые следствия, делающие возможным решающий эксперимент» (4, с.1384). Такой «решающий эксперимент» автор рассматривает в известной трактовке Д. Бома. В 1960-х годах Белл показал, что его можно реально осуществить. После этого было проведено уже несколько подобных экспериментов. Результаты ЭПР-экспериментов имеют фундаментальное философское значение, ибо они доказали, что невозможно найти такую «локальную реальность» в квантовой физике, которая была бы независима от
сознания физика-наблюдателя. «Таким образом, квантовый идеализм как форма философского идеализма стал направлением экспериментальной науки впервые во всемирной истории идеализма. Это означает, что впервые в ее очень долгой (многотысячелетней) истории идеалистическая философия в XXI веке имеет точные экспериментальные аргументы, которые принципиально (!) не могут быть отвергнуты невежественными правительствами, популярными реалистами и антифилософами без новых и более точных экспериментов» (007, с.1384).
И.Е.Козлов, В.Д.Эрекаев,
В.А.Яковлев
2006.03.008. ЛЬЮИС П.Дж. ЖИЗНЬ В КОНФИГУРАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ.
LEWIS P.J. Life in configuration space // Brit. j. for the philosophy of science. - Aberdeen, 2004. - Vol. 55, N 4. - P. 713-729.
П.Дж. Льюис (факультет философии университета Майами, США) исследует проблему: является ли волновая функция частью физического мира или представляет собой только удобный инструмент для описания реальности. Одна из трудностей, стоящих перед теми, кто хочет доказать реализм волновой функции, состоит в том, что эта функция существует не в обычном трехмерном физическом пространстве, а для системы n частиц занимает 3^мерное конфигурационное пространство. Учитывая, что наблюдаемая часть Вселенной содержит 1080 частиц, а может, и бесконечное число частиц, волновая функция Вселенной должна быть многомерным, возможно даже бесконечномерным объектом. Другими словами, если считать, что волновая функция реально существует, то это значит, что мир, в котором мы живем, имеет не три измерения, а по крайней мере 1080 измерений.
Эта проблема решается двумя путями. Одни принимают идею о том, что мир многомерен, а трехмерность - не более чем иллюзия, и исследуют, как для его обитателей многомерный мир может казаться трехмерным. Основываясь на этом базисе, далее доказывается, что онтология волновой функции адекватна для объяснения нашего опыта. Другие отвергают эту идею и утверждают, что онтология волновой функции должна быть заменена или до-
