1 краткая история возникновения квантовой механики


Основные проблемы интерпретации



Скачать 253.19 Kb.
страница3/11
Дата10.05.2018
Размер253.19 Kb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
2. Основные проблемы интерпретации

Квантовая механика сформулирована в терминах системы и наблюдателя. Она описывает состояние системы на основе уравнения Шредингера, или в более абстрактном подходе, с использованием математического аппарата Гильбертова пространства. Теория предсказывает возможные результату любого эксперимента, выполненного наблюдателем, и их вероятности. В этой связи возникают следующие проблемы.


Проблема измерения

Процесс измерения существен как в квантовой, так и в классической механике. Любое измерение включает в себя взаимодействие между прибором и наблюдаемой системой, тем самым меняя ее свойства. Однако в квантовой механике, в отличии от классической, изменения состояния системы регламентируются фундаментальными постулатами теории. В результате имеем два различных закона, управляющих изменениями состояния системы. Первый дается уравнением Шредингера, которое характеризует поведение системы до тех пор, пока она не возмущена каким-либо экспериментов по измерению физической величины.

Такое поведение полностью детерминировано, так как зная начальное состояние системы, получаем однозначное предсказание будущего ее состояния. Второй закон - проективный постулат, который управляет системой, когда она подвергается акту измерения. Он имеет принципиально вероятностную природу и описывает непредсказуемые изменения в системе, возникающие в ней в результате проведенного измерения.

Однако, что отличает физический процесс, являющийся экспериментом по измерению физической величины, который управляется проективным постулатом, от физического процесса, который управляется уравнением Шредингера?

Согласно Бору, как уравнение Шредингера, так и проективный постулат применимы только к микроскопическим квантовым системам. Макроскопический прибор описывается классической механикой. Проективный постулат следует использовать только, когда квантовая система взаимодействует с классическим прибором.

Такая точка зрения разделяет окружающий нас физический мир на два типа объектов - квантовые и классические, причем каждый подчиняется физическим законам, соответствующим его типу. Однако неясным остается вопрос, как решить, является ли конкретный объект квантовым или классическим. В этом и состоит суть проблемы измерения.

Эту проблему можно проиллюстрировать на основе знаменитого парадокса Шредингера с кошкой. Кошка находится в закрытом ящике вместе с бомбой. Бомба приводится в действие распадом нестабильной частицы.

Согласно квантовой механики, частица находится в суперпозиции не распавшегося и распавшегося состоянии. Временная эволюция состояния описывается уравнением Шредингера. Если бомба проверяет состояние частицы через одну минуту, то каждый раз частица переходит либо в распавшееся, либо в не распавшееся состояние с соответствующими вероятностями, а бомба взрывается или нет. Кошка либо жива, либо нет.

Такое описание предполагает, что частица - это квантовая система, а бомба (или кошка) - внешний наблюдатель. Теперь пусть весь ящик рассматривается как квантовая система, а Шредингер - наблюдатель. Квантовая механика предсказывает, что кошка находится в состоянии суперпозиции живой и мертвой кошек, пока Шредингер не проверит, что в ящике.

Эта проблема показывает, что нельзя делать произвольное разделение на систему и наблюдатель. Также нельзя рассматривать всю Вселенную или любую другую замкнутую систему (т.е. систему без наблюдателя) как квантовую систему, так как в этом случае кошка всегда будет суперпозицией живой и мертвой кошек, что выглядит довольно странно.


Индетерминизм

Квантовая механика предсказывает вероятности результатов измерений. Ее утверждения имеют принципиально вероятностный характер в отличие от предшествующих ей физических теории. Другие случаи использования теории вероятностей в физике связаны с неполным знанием ситуации; при этом предполагается, что в дальнейшем можно получить более полные сведения, которые исключат вероятности. Однако, если принимать квантовую механику как окончательную теорию, то следует считаться с тем, что никакое дальнейшее знание невозможно.

Эту черту квантовой механики легко понять, но гораздо труднее принять. Психологически это связано с классическим представлением о том, что каждое событие имеет свою причину.

Если фундаментальные законы действительно имеют принципиально вероятностный характер, то отдельные аспекты явлении не имеют причин. Тогда утверждение «каждое событие имеет свою причину» можно рассматривать не как установленный факт, который нельзя опровергнуть, а как утверждение о намерении: мы собираемся искать причину любого события. Квантовая механика своим существованием заставляет усомниться в состоятельности такой точки зрения.

Индетерминизм не поднимает концептуальных проблем, специфичных для квантовой механики. Вопрос, является ли мир на самом деле недетерминированным, скорее всего, философский. В плане интерпретации необходимо рассмотреть до какой степени индетерминизм проясняет вероятностные утверждения квантовой механики.




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница