CC BY
26
ФИЛОСОФИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
2007.03.008. ВАЙДМАН Л. РЕАЛЬНОСТЬ В БОМОВСКОЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ, ИЛИ МОЖЕТЕ ЛИ ВЫ СТРЕЛЯТЬ В ПУСТОЙ ВОЛНЕ.
VAIDMAN L. The reality in Bohmian quantum mechanics or can you kill with an empty wave bullet? - Mode of access: http://arXiv:quant-ph/0312227. - (Jan 1, 2004. - Vol. 1. - 15 p. - Format: pdf).
С точки зрения Льва Вайдмана (школа физики и астрономии при факультете точных наук Тель-Авивского университета, Израиль), коллапс волновой функции «вводит в физику случайность (randomness) и накладывает ограничения на предсказательную силу физики» (с. 2). Поэтому бомовская интерпретация квантовой механики (КМ) близка к ее эвереттовской «многомировой интерпретации» (ММИ). Более того, теория Бома претендует быть кандидатом на Теорию Всего. Правда, признается автор, Д. Бом так не считал, рассматривая свою теорию как одну из ступеней эволюции физики.
Бомовская КМ имеет нетривиальную онтологию. Вайдман, который обычно анализирует в своих работах оригинальные и неожиданные квантовые сюжеты, в этой статье рассмотрел некоторые особенности реальности бомовской КМ и соотношения микро-и макросвойств в этой теории. В частности, он проанализировал так называемые «пустые волны» в свете измерений, которые не отражают так называемые «бомовские положения частиц». Будучи сторонником ММИ, он поддержал точку зрения, согласно которой опыт вытекает исключительно из бомовского понимания локализации частиц (а не квантовых волн).
Бомовская КМ не элиминирует множественности миров. Формализм ММИ содержит много миров с «пустыми волнами», «в которых я гуляю, ем, сплю и, в частности, пишу статьи» (с. 2). В то же время она, в отличие от других теорий, выделяет естественным путем единственный мир из множества миров в ММИ,
хотя в некоторых случаях бомовский мир может слегка отличаться от миров ММИ.
В ММИ волновая функция Вселенной разлагается на суперпозицию «ветвей» (branches), в которой форма волновой функции дает воспринимаемую (sensible) картину, а временная эволюция функции «ветви» дает воспринимаемую историю (возможно, с дальнейшим «ветвлением»). Принимается, что наш опыт соответствует всем «ветвям» воспринимаемых историй. В бомовской КМ наш опыт соответствует так называемым «бомовским положениям» в пространстве. «Бомовские положения» отвечают наблюдаемому описанию движения частиц в трехмерном пространстве, которое эволюционирует во времени и дает единственную воспринимаемую историю. Те же самые аргументы, которые берут начало из локальности известных взаимодействий, дают многообразие воспринимаемых историй в ММИ и выделенную, синглетную историю (которая обычно отождествляется с одной из историй ММИ) в бо-мовской теории. Существенным свойством этой теории является то, что, признавая существование нелокальности типа ЭПР (т.е. Эйнштейна, Подольского и Розена. - Ред.), она исключает необходимость постулирования других типов нелокальности, например коллапса волновой функции и расщепляющейся Вселенной.
Природа дебройлевских волн до сих пор остается онтологической загадкой. С одной стороны, они не могут быть формальной конструкцией по физическим соображениям (ибо управляют частицей), с другой - их субстанциальность физически никак не обоснована. Попытки и процедуры субстанциального наполнения некоторых физических представлений, возможно, представляют собой наиболее интересную проблематику физики. Достаточно вспомнить, с одной стороны, историю неудачной субстанциализации теплорода, флогистона, эфира, у-функции, а с другой - историю успешной онтологизации электромагнитного поля и даже четырехмерного искривленного пространства-времени.
Может ли убить «пустая волна»? Рассматривается мысленный эксперимент, в котором «пуля» расщепляет свою квантовую волну на два волновых пакета с равными статистическими весами. При этом один волновой пакет движется по направлению к коту (имеется в виду известный мысленный эксперимент Э. Шрёдинге-ра. - Ред.), а другой пакет распространяется мимо кота. Для про-
стоты рассматриваются сферические волновые пакеты с одинаковой плотностью. Рассмотрим ситуацию, когда «бомовское положение пули» внутри волнового пакета, который проходит мимо кота. В принципе в этом случае мы не должны беспокоиться за здоровье кота. Однако недавно появилось несколько работ, показывающих, что «пустая волна» может привести к наблюдательным эффектам. Так, Л. Харди обсуждает «пустые волны» в измерениях без взаимодействия1 . Я. Ааронов с сотрудниками показал, что в проективных измерениях можно наблюдать форму квантовой волны, тогда как бомовская частица, по существу, находится в покое и не появляется в области, где измеряется значение волновой функции2.
В дальнейшем «пустая волна» может достигнуть бомовской частицы и перестает быть пустой. В этом случае может произойти изменение наблюдаемых величин, что приведет к изменению бо-мовской траектории. Предположим, что два волновых пакета «пули» вновь перекрываются (как в интерферометре Маха - Зендера без второго расщепителя). В момент перекрытия «пустая волна» «захватывает» бомовскую частицу. «Действительно, этот результат можно увидеть из белловского представления бомовской теории в форме пилотной волны, когда скорость бомовского положения частицы зависит от плотности тока и плотности волны в месте локализации бомовской частицы» (с. 5).
С момента перекрытия два волновых пакета начнут конкурировать за право находиться как можно дольше внутри. «Когда один из волновых пакетов уходит, точка (бомовское положение) продолжает двигаться со скоростью второго волнового пакета и остается внутри него. Поскольку с момента начала перекрытия бомовское положение находится на границе "пустого" волнового пакета и внутри другого пакета, то "пустая волна" имеет больший путь для движения и всегда "выигрывает" соревнование: пустая волна "захватывает" бомовскую частицу» (с. 6).
Ситуация изменяется, если «пуля» в «пустой волне» на своем пути «убивает» кота в пустой волне. Даже если пуля проходит сквозь кота без существенной задержки и пакет «пустой волны пу-
1 См.: Hardy L. Phys. letter. - N.Y., 1992. - Vol. A167. - P. 11.
2 См.: Aharonov Y., Englert B.G., Scully M.O. Phys. letter. - N.Y., 1999. -Vol. A173. - Р. 137.
ли» приходит вовремя для перекрытия с непустым волновым пакетом, в этом случае «пустая волна» не захватывает бомовскую частицу. Причина этого состоит в том, что в течение времени перекрытия волновых пакетов «пули» волновые пакеты некоторых частей тела кота не перекрыты. Волновые пакеты этих частей, запутанные с «пустой волной пули», движутся относительно невозмущенного состояния кота. По Бому, положения частиц в теле кота являются неповрежденными. В конфигурационном пространстве всех частиц («пули» и кота) существует два волновых пакета, но бомовское положение принадлежит только одному из них.
Приведенные примеры не так уж и удивительны: «пустая волна» влияет на другие объекты только тогда, когда перестает быть пустой волной. Был обнаружен такой интересный случай. Если вместо «убийства» кота «пуля» изменит вращение на своем пути, то бомовская траектория будет такой, как если бы волновые пакеты двигались в свободном пространстве. Тем не менее измененные вращения проявляют разные траектории. Имели место многие дискуссии относительно значения и важности этого примера.
Вайдман предлагает рассмотреть очень быстрое движение частицы в пузырьковой камере, в которой пузырьки развиваются медленно. «В течение времени движения частицы в интерферометре квантовые состояния электронов в возбужденных атомах, которые позднее создадут пузырьки, не имеют достаточно времени, чтобы покинуть бомовские положения электронов, которые в это время покоятся». Он объясняет это следующим образом: «Результатом эксперимента (который может быть рассмотрен только значительно позже) является след пузырьков, соответствующих одной траектории, тогда как, по Бому, траектория - другая. Пузырьки показывают траекторию "пустой волны"!» (с. 8). Как видим, онтология бомовской КМ весьма необычна.
Существуют три условия, при которых «пустые волны» вызывают наблюдаемые эффекты: 1) такая волна должна контрфакту-ально вызывать наблюдаемый эффект, если в некоторый момент бомовская частица будет находиться внутри нее, т.е. волновой пакет не был «пустой волной»; смысл предположительно «наблюдаемого эффекта» состоит в том, что некоторая другая система существенно изменяет ее квантовое состояние; 2) в момент наблюдения эффекта бомовская частица должна быть внутри волны; в это
более позднее время волна не находится в области взаимодействия, поэтому прямой эффект отсутствует, и мы все еще можем рассматривать его в качестве эффекта, вызванного «пустой волной»; 3) изменение квантовых волн других объектов («наблюдаемый эффект») должно быть таким, чтобы пространственная плотность их квантовых волн не изменялась несущественно: они не должны покидать области бомовской локализации невозмущенных объектов (с. 10).
Первое условие имеет место во всех рассматриваемых случаях: в «сюрреалистических траекториях» спин меняется скачком; в эксперименте с пузырьковой камерой пузырьки оставляют видимый след; в проективном измерении стрелка измерительного прибора изменяет свое состояние. Второе условие удовлетворяется как в случае спинового эксперимента, так и в случае эксперимента с пузырьковой камерой. В обоих случаях в конце эксперимента «бо-мовские частицы» находятся внутри волнового пакета, который до этого был пакетом «пустой волны». При экспериментах со спинами пространственная волновая функция спиновых частиц остается без изменений, т.е. выполнено и третье условие. И действительно, оно выполнено благодаря условию быстрого движения частицы и медленной эволюции пузырей.
«Итак, может ли пустая волна пули убить? Ответ состоит в том, что только очень специальная пуля может это сделать. Во-первых, позднее она должна достигнуть бомовского местоположения. Это кажется трудной, но не невозможной задачей. Во-вторых, она не должна немедленно привести к изменению бомовского положения частиц в теле кота, а именно до тех пор, пока пуля не достигнет своего бомовского положения. Это и говорит о том, что пуля не может быть обычной пулей, которая делает дырку сразу же после того, как проходит через тело. Можно представить себе, что пуля является в точности синглетной, быстро движущейся частицей. Но тогда первое условие едва ли может быть удовлетворено. Синг-летная частица, прошедшая через тело, не убьет» (с. 11).
Существенно, что в данном подходе необходимо измерять положение частицы в различные моменты времени. «Поскольку "реальность" соответствует только бомовским положениям, то мы должны делать выводы о местоположении, используя бомовские положения самого измеряющего прибора в тот же момент времени. Во всех случаях бомовские частицы измерительного прибора дви-
гались значительно позже, не в тот момент времени, в который наблюдалось положение частицы. Если бомовское положение измерительного прибора было измерено в тот же самый момент времени, то никакого неожиданного поведения не наблюдалось. Поэтому бомовская картинка, в которой наш опыт связан с нею, непротиворечива. Тем не менее эти удивительные примеры делают бомов-ский подход менее привлекательным: мы видим, что существуют важные причинные структуры, которые не могут быть объяснены путем использования одних только бомовских представлений без явного описания квантовой волны» (с. 12).
В.Д. Эрекаев
2007.03.009. ВЕЛМАНС М. КАК ОТДЕЛИТЬ КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ОТ ЭМПИРИЧЕСКИХ ВОПРОСОВ В ИЗУЧЕНИИ СОЗНАНИЯ.
VELMANS M. How to separate conceptual issues from empirical ones in the study of consciousness. - Mode of access: http://cogprints. org/53803
Исследование сознания, используя традиционные методы от третьего лица совместно с множеством современных эмпирических программ в нейро- и когнитивных науках, пребывает в хорошем состоянии. Однако не все проблемы сознания можно решить эмпирическим путем. Профессор отделения психологии Лондонского университета Макс Велманс концентрируется на проблемах, которые наряду с эмпирическими исследованиями требуют также теоретического (онтологического) изучения. В этом контексте центральным для развития становится обращение к феноменологии сознания и поиску подходящего пути для соотнесения свидетельства от третьего лица со свидетельством от первого лица.
Автор выделяет пять проблем: 1) что такое сознание и где оно находится; 2) как понять причинные отношения между сознанием и материей, в частности между психикой и мозгом; 3) какова функция сознания, как человек обрабатывает информацию; 4) какие формы материи (вещества) связаны с сознанием; в частности, что является нервным субстратом сознания в мозге; 5) каковы подходящие пути
3 Статья представляет содержание доклада на международном семинаре «Models of brain and mind: Physical, computational a. psychological approaches, hosted by the Saha institute of nuclear physics, Kolkata, 21-24 Nov, 2006». - Прим. реф.
