КВАНТОАЯ МЕХАНИКА: ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Акцент на агностицизме ставят сами физики. Настоящее (вещь-в-себе) не познаваемо, говорил Кант. Настоящее не называемо, вторил Андрей Вознесенский. Настоящее не наблюдаемо, утверждал Гейзенберг. Мы может знать только какую-либо проекцию спина квантовой частицы, сам спин не наблюдаем.

Но ведь и электрон, и протон, и нейтрон «не наблюдаемы», наблюдаемы только результаты их взаимодействия с веществом.

В 1960-х Юджин Вигнер переформулировал парадокс «кота Шредингера» в парадокс «друг Вигнера» и объявил, что сознание наблюдателя является демаркационной линией, которая ускоряет редукцию волновой функции. Таким образом, следуя Вигнеру, нужно признать мистическое взаимодействие сознания наблюдателя и квантовой системы. И Шредингер, и Вигнер оказались стерильны в философии.

Состоялось тождество противоположностей: противостояли идеалистам либо партийные философы, либо чиновники, того же уровня философского мышления.

Отказывали новому пониманию детерминизма даже крупные ученые. Например, экспериментатор А. Ф. Иоффе отвергал эффект квантового туннелирования и навек рассорился с хамоватым Ландау, который ему заметил: «Теоретическая физика – наука сложная, не каждому дано ее понять».

Традиция сохранилась и в наши дни. Не только теорию относительности, эту «еврейскую» (хотя ее первооткрывателями были Лоренц, Пуанкаре, Гильберт), не исконно русскую, западническую науку пытаются опровергнуть в пользу механицизма Декарта-Лапласа, но и квантовую механику в целом – несмотря на то, то она успешно применяется на практике.

Некий А. К. Тимирязев, как его называют – физик-марксист, в статье 1933 года «Новая волна идеализма в физике» тоже начинает с критики тех, кто подвергает сомнению закон сохранения энергии. Это с его точки зрения есть посягательство на материализм, на несотворимость и на неуничтожимость материи.

Отметим: Тимирязев не оспаривает самое главное – субъективно-идеалистическую интерпретацию квантовой механики.

Подтасовка Тимирязева, сведение общего к частному - очевидны, но речь идет о теории относительности, в которой закона сохранения энергии (как и закона сохранения импульса и момента импульса) не существует.

Далее Тимирязев обрушивается на аннигиляции материи и материализации энергии – то есть, расшифровывает он, уничтожение материи и превращение движения в материю — в то, что движется.

То есть, «физик—марксист» обрушивается на экспериментальные данные. «Физик-марксист» не в курсе, что при аннигиляции частиц материя никуда не исчезает, возникают фотоны, фотоны возникают и из движения, например, при ускоренном движении электрона. Тимирязев стерилен в электродинамике и  физике высоких энергий, но смело вторгается в те области, где ничего не смыслит.

Далее он переходит к квантовой механике и огульно отождествляет неопределенность и индетерминизм. То есть, Тимирязев не в силах понять, что координата и импульс – суть абстракции, лишь приближенно описывающие состояние системы. Между тем, еще Зенон и Аристотель указывали на противоречивость движения, а Ленин в «Философский тетрадях подчеркивал: «Каузальность (причинность, Б. И.), понимаемая нами обычно, есть лишь часть всемирной связи».

Тимирязев желает отмежеваться от механицизма и цепляется за вопрос Шредингера, можно ли предсказать поведение системы, ели в нее включить все тела, силовые поля и «всё, что еще может оказаться». Делает он это следующим образом - приписывает Шредингеру упоминание «механических» данных о координатах и скоростях.

Итак, Тимирязев говорит «о каких угодно условиях». А какие это «какие угодно» условия, если не механические? Благо бы, Тимирязев говорил о скрытых параметрах, но он и термина такого, и о неравенствах Белла ничего не знал. Может, это наличие сознания наблюдателя или бога? Так или иначе, попытка включить в систему как можно больше факторов для ее жесткого детерминирования и есть неверное понимание случайности как внешнего - в духе Канта – Гегеля.

Настоящими физиками Тимирязев объявляет только тех, кто хочет знать, где находится электрон и какова его скорость, соответственно, настоящая физика для него – только та, где есть одновременно координаты и скорости.

Но на микромасштабах наши грубые представления о субстанции утрачивают адекватность, электрон оказывается не только частицей, но и волной. Эти азы для студентов 3-го курса физфака остаются неведомыми Тимирязеву. И он всерьез уверяет, что невозможность одновременно измерить скорость и координату электрона, означает, что электрон якобы периодически исчезает из пространства-времени. И объявляет родоначальников квантового подхода Маха - хотя это противоречит всем историческим данным.

Далее речь заходит о статистической интерпретации квантовой механики. Статистика статистике рознь, понятно, что интерференционная картина не есть вероятностное распределение. Но Тимирязев цитирует Шредингера: «Почему никто не сказал уже 40 или 5- лет тому назад, что современная – по тогдашнему времени – физика была вынуждена отказаться от причинности или детерминизма и т.д.?» («Индетерминизм в физике»). То есть, Шредингер считает, что уже и теория вероятности опровергает детерминизм. То есть, И Шредингер, как Тимирязев, не понимает, что речь идет об опровержении не детерминизма, а его огрубленного механистического понимания. Для Тимирязева же отказ от механицизма Декарта – Канта есть впадение в буржуазность.

Разумеется, не обходит вниманием Тимирязев и «контрреволюцию». Разве не орудовал в МГУ враг народа, член-корреспондент Б. Гессен?! – восклицает «физик-марксист».

Физик Гессен в Гражданскую войну проливал кровь в боях Красной армии, работал в Политуправлении Реввоенсовета. 22.8.1936 был арестован по фальсифицированному НКВД обвинению в участии в фиктивной контрреволюционной террористической организации и подготовке терактов, расстрелян.

Сегодня сталинисты противопоставляют квантовой механике именно статью Тимирязева. Природа отдыхает на детях великих, он был сыном биолога К. А. Тимирязева, это посредственный физик, философией никогда не занимался в принципе, разве что по разнарядке читал редкие работы Ленина. Свою кровь нигде не проливал.

Минуй нас пуще всех печалей такие «марксисты», как Тимирязев.

Измерение

Координатно-импульсный механицизм неизбежно ведет к фатализму.

Демокрит был вынужден согласиться с мыслью другого материалиста, Эпикура, что атомы случайно отклоняются от своих траекторий. Уж лучше поверить в бога, говорил Эпикур, чем признать тотальную предопределенность всего в мире.

Случайность становится существенной не только в статистической физике, но даже в простых не квантовых системах типа бильярда с трением, стохастическая физика тоже отвергает детерминизм классической механики.

Соответственно, проблема измерения существует не только в квантовой механике. Дело не только в точности, с которой прибор измеряет ту или иную физическую величину. Так или иначе, прибор воздействует на измеряемый объект и тем самым изменяет его. Разумеется, в классической физике эти изменения несущественны. Кроме того, изменения прибором объектов являются системными, поэтому результаты измерения соответствуют объектам, являются их отображениями. Однако факт воздействия прибора на объекты дал повод релятивистам, позитивистам, субъективных идеалистам утверждать, что процесс измерения не объективен, а субъективен.

В квантовой механике действие прибора на объект существенно, кроме того, вследствие корпускулярно-волнового дуализма области локализации квантового объекта и измерительного прибора перекрываются лишь частично.

«Жить в обществе и быть свободным от общества нельзя», - объяснял Ленин («Партийная организация и партийная литература»).

Гейзенберг жил в буржуазном обществе и сознательно или бессознательно выполнял заказ правящего класса буржуазии - использовать науку в борьбе с диалектическим материализмом.

Казалось бы, Гейзенберг, несмотря на религиозность, в своих научных исследованиях – материалист: «...физик должен постулировать в своей науке, что он изучает мир, который не он изготовил и который существовал бы без значительных перемен, если бы этого физика вообще не было» [1, стр. 39].

Гейзенберг указывает: «Так как квантовая теория возникла в связи с учением об атомах, то она, несмотря на ее теоретико-познавательную структуру, находится также в тесной связи с теми философскими теориями, которые ставят материю в центр своих систем… «Квантовая теория в ее современном истолковании ни в коем случае не рассматривает чувственные восприятия в качестве первично данного, как это делает позитивизм. Если что-то должно быть охарактеризовано как первоначально данное, то таковым в квантовой теории является реальность, которая может быть описана в понятиях классической физики».Так, Макс Планк был сторонником Маха, но не просто отмежевался от махизма, но и на протяжении всей жизни его критиковал. И, уже освободившись от махизма, сделал свое открытие - ввел дискретность энергий излучения черного тела, при этом явно не исходил из воззрений субъективного идеализма.

Однако Гейзенберг всерьез считал, что наука не доказывает какую-либо из философских систем, будто бы теория эволюции, палеонтология и т.д. не находятся в противоречии с Библией, он объявляет несущественными различия между материализмом и идеализмом и даже уверяет, что совершается поворот от Демокрита к Платону, будто физики уже ищут в основании атомов математические объекты, идеи, вроде платоновских треугольников. Он пишет: «В математических формулах отныне устанавливаются не объективные события, а вероятности наступления определенных событий» [2].

То есть, Гейзенберг совершает подтасовку, он отделяет вероятностность от объективности, независимости от сознания наблюдателя с одной стороны и от соответствия формул реальности – с другой. Вероятность события – это закономерность, например, статистика Бозе – Эйнштейна и статистика Ферми – Дирака, она не зависит от сознания, не субъективна.

Гейзенберг полагал, что объективны лишь те процессы, в которые не может вмешаться измерение. Но таких в природе не существует. Одновременно Гейзенберг, противореча себе, считал квантовое измерение вполне объективным.

С другой стороны, и в квантовой механике воздействие прибора на исследуемый микрообъект тоже носит системный, закономерный характер, именно поэтому квантовая механика используется в практике и прогностична.

Эта системность выражается в коммутационном соотношении квантовых операторов координаты и импульса:

[p, x] = px - xp= - i ħ

В классической механике соответствующий коммутатор равен нулю, и для коммутаторов не существует переходных форм.

Объективность измерения квантовой величины в том, что набор волновых функций квантовой системы присущ самой квантовой системе, но не измерительному прибору, прибор лишь выделяет ту или иную волновую функцию из набора.

В [3, 4] утверждается, что человек описывается волновой функцией. Это неверное представление, которое фактически ликвидирует проблему измерения в квантовой механике, поскольку нет  редукции  волновой  функции при взаимодействии классического объекта и квантовой  системы,  но есть редукция при взаимодействии квантовой частицы и макроскопического объекта как  квантовой системы.

С одной стороны, длина волны де Бройля ħ /mc человека - фактически нуль. Масса электрона равна приблизительно 9•10^-34 кг, масса человека – порядка 10² кг. Размер интерферометра – порядка 10^-1 м. Следовательно, чтобы обнаружились волновые свойства человека, необходим прибор размером 10^-1 х 10² / (9 х 10^-34) = 10³⁴ м, что на 8 порядков больше наблюдаемой Вселенной.

С другой стороны, классический объект является существенно не квантовым – в силу классического перехода ħ → 0. То есть, существует качественный скачок в свойствах при переходе от микроскопических в макроскопическим субстанциям. Свойства субстанций не меняются равномерно вдоль линейки длин волн, есть качественный переход, определенный интервал значений длин волн, когда субстанции теряют квантовые свойства.

Примером процесса потери квантовых свойств является рост массы молекул. Вращательные или конформные колебания молекул воды имеют дискретный спектр. Такие конформные колебания молекул ДНК, длина которых у бактерий – порядка миллиметров, а у человека – примерно 3 – 8 см, как крутильные колебания их спиралей имеют лишь одну частоту в спектре поглощения  [5], точно также, как крутильные колебания макроскопического пружинного маятника.

В этом принципиальное отличие квантовой механики от теории относительности, которая при малых скоростях и слабых гравитационных полях переходит в классическую механику.

Кроме того, показано, что квантовое запутывание не может распространяться на большие расстояния [6].

Таким образом, предположение Хартла и Хокинга, что Вселенная до сих пор описывается волновой функцией [7], является заведомо ложным.

Обобщение принципа неопределенности

Тем не менее, явление редукции волновой функции, когда волновой пакет стягивается в точку при взаимодействии с прибором мгновенно, остается проблемой. Та же самая проблема – в парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена, в явлении квантового запутывания.

Для ее разрешения Зельманов предложил – в виду того, что квантовая частица не имеет траектории - введение полиметрических и неметрических теорий: «Мы часто делаем заявления, что в глубоком микромире пространственно-временная картина должна быть оставлена, но что нужно отказаться от каких-то представлений о свойствах пространства и времени, к которым мы привыкли. По-видимому, первое представление, от которого придется отказаться, это представление о метричности пространства и времени в глубоком микромире…» [8, стр. 279].

Напомню, что метрическим пространством называется множество, в котором между любой парой элементов определено расстояние, причем для функции расстояния (метрики) выполняются аксиомы тождества (нулевое расстояние), симметрии и неравенства треугольника (хотя 2-я аксиома вытекает из 1-й и 3-й).

Соответственно, следуя Зельманову, нужно будет отказаться от понятий полноты, топологии пространства, биекции, эквивалентности и т.д.

Примером не метрической геометрии является проективная геометрия. Но проективное пространство, наоборот, расширяет метрические геометрии, оно имеет больше точек, чем евклидово пространство, т.к. в проективной геометрии разрешены геометрические преобразования, которые преобразуют дополнительные точки (так называемые «точки на бесконечность») в точки евклидового пространства и наоборот.

Зельманов же имел в виду, что метрическая геометрия основана на выборе физического эталона длины и на указании процедуры измерения, что в микромире невозможно.

Предложение Зельманова пересекается с тем дискурсом, в котором при попытке объяснить изменения материи, происшедшие до Большого взрыва, то есть, изменения до возникновения пространственно-временной формы, до возникновения времени, т.е. изменения не во времени, возникает необходимость постулирования материи вне пространственно-временной формы.

Существуют модели, в которых время выводится из квантовой запутанности [9].

Рассмотрим отношение содержание и формы: как взаимосвязаны материя и ее пространственно-временная форма?

Поле Хиггса стало составной частью Стандартной модели в теории Вайнберга-Глэшоу-Салама, объединяющей электромагнитные и слабые взаимодействия, объяснив массы переносчиков слабого взаимодействия, W и Z бозонов, спонтанным нарушением симметрии.

Если механизм возникновения масс благодаря полю Хиггса имеет место, можно также предположить, что, подобно тому, как массы искривляют пространство Минковского, вакуум поля Хиггса, возможно, формирует пустое пространство Минковского, как своего рода основное состояние [10]. В таком случает вакуум Хиггса является космологическим вакуумом. В этом случае проблема расширения Вселенной из черной дыры могла бы решаться за счет наличия давления вакуума. Однако хиггсовский вакуум в сверхмалом объеме не может обладать существенным давлением. Во-вторых, он не может быть космологическим вакуумом, его плотность зависит от объема [11].

После возникновения частиц появляется кривизна, которую эти частицы формируют (она не дается заранее, независимо, извне), с ростом числа частиц кривизна увеличивается, и реализуется сценарий де Ситтера.

Таким образом, вопрос, поставленный Э. Шмутцером, о материальном источнике пустого пространства-времени, находит разрешение. В диалектической паре форма оказывается вторичной.

Планковская Вселенная

В планковскую эпоху, предшествующую инфляции, постулируется наличие обычной сверхплотной массы. Планковский радиус – меньше гравитационного радиуса Шварцшильда, следовательно, планковская Вселенная – черная дыра. Из состояния сингулярности при огромной силе тяготения Большой взрыв не мог произойти.

С другой стороны, поскольку черные дыры не имеют волос, они бесструктурны. Бесструктурные объекты не могут трансформироваться, следовательно, Большой взрыв невозможен. В противном случае мы наблюдали бы много Больших взрывов, в том числе в нашей галактике.

Утверждают, что черная дыра не возникала потому, что гравитационная энергия и масса в сумме равны нулю. Но это утверждение противоречит самому процессу возникновения черных дыр при сжатии массы большей критической под действием гравитации. Именно в виду этого обстоятельства Ли Смолин выдвинул теорию возникновения Вселенной от взрыва сингулярности внутри чёрной дыры.

Но как решить проблему возможности Большого взрыва из черной дыры?

По версии фон Неймана – Вигнера аксиоматика квантовой механики включает в себя наличие наблюдателя. Эта субъективно-идеалистическая трактовка неверна.

Редукция волновой функции возникает не только при взаимодействии квантовой частицы и классического прибора, но и при образовании, например, атома водорода (в эпоху рекомбинации). Разница в том, что при образовании атома водорода волновые функции протона и электрона преобразуются, возникает волновая функция атома. Волновые свойства атомов прослежены вплоть до атома углерода.

При взаимодействии с классическим прибором либо импульс квантовой частицы передается прибору классическим образом, увеличивая тепловую энергию атомов прибора или, как в опытах Лебедева, придавая импульс всему классическому прибору. Либо квантовые частицы так взаимодействуют с классическим прибором, что возникают явления типа дифракции или интерференции.

И принцип неопределенности означает не только ограничение на одновременно точное измерение координаты и импульса квантовой частицы, но и определяет величину квантовых флуктуаций, которые обладают энергией и, соответственно, массой.

Таким образом, и принцип неопределенности в смысле измерения, и взаимодействие квантовой системы с измерительным прибором являются вторичными.

Квантовые флуктуации суть флуктуации вакуума, когда возникают и исчезают пары виртуальных частиц и античастиц.

В построениях Ли Смолина и Эдварда Трайона само рождение Вселенной является квантовой флуктуацией в виде пары частиц «максимон-антимаксимон», каждая из которых порождает метрику и распадается подобно резонансам за 10^-43 с.

Аннигиляции частиц и античастиц не происходит, вследствие СР-симметрии они имеют противоположно направленные импульсы, возникают две Вселенные, с материей и антиматерией, решается проблема отсутствия антиматерии.

Таким образом, предположение, что Вселенная возникает путем распада и дальнейшего туннелирования, испарения черной дыры, приобретает основание.

Литература

1. Гейзенберг В. «Развитие интерпретации квантовой теории». В сб. «Нильс Бор и развитие физики», М.: ИЛ, 1958, 260 с.
2. Гейзенберг В. Открытие Планка и основные философские вопросы учения об атомах. Вопросы философии. 1958. №11. С. 61-72.
3. Менский М. Б. Человек и квантовый мир. М. - Фрязино: Век-2. 2007. 320 с.
4. Менский М. Б. Сознание и квантовая механика. М. - Фрязино: Век-2. 2011. 320 с.
5. Ихлов Б. Л., Вольхин И. Л., Ощепков А. Ю. Резонансное поглощение микроволн молекулами ДНК. Радиационная биология. Радиоэкология. 2022. Т. 62. №6. С. 628–632
6. Килин С. Я. Квантовая информация. УФН, 1999, Т. 169. №5. С. 507-527.
7. Hartley, J.; Hawking, S. The wave function of the Universe. Phys. Rev. D. 1983. 28 (12). 2960.
8. Зельманов А. Л. Некоторые вопросы космологии и теории гравитации. В кн. «Физическая наука и философия». М.: Мысль, 1973. 352 с.
9. Moreva E., Brida G., Gramegna M., Giovanetti V., Macone L., Genovese M. Time from quantum entanglement: an experimental illustration. Phys. Rev. A89. 2014. 052122.
10. Ихлов Б. Л. Хиггсовский вакуум в теории гравитации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М.: МГУ, 1988. 13 с.
11. Ихлов Б. Л. Квантовый космологический вакуум. С. 130-135. Материалы V Российской конференции «Основания фундаментальной физики и математики», М., РУДН, 11-12 декабря 2021 г.