Квант. Путеводитель для запутавшихся

Решает ли декогеренция проблему измерения?

Кто-то скажет нет, ведь она не помогает в решении второго вопроса, а именно каким образом после измерения выбирается один из возможных вариантов, каждый из которых представляет собой вероятный исход. Декогеренция объясняет, почему мы никогда не видим одновременно живого и мертвого кота, но не говорит, как выбирается одна из двух альтернатив. Квантовая механика остается вероятностной, а эта непредсказуемость отдельных измерений никуда не пропадает.

Другие физики полагают, что декогеренция вообще не особенно проясняет проблему измерений, даже на уровне избавления от суперпозиций. Они утверждают, что суперпозиции просто оказываются похороненными в сложности запутанной волновой функции квантовой системы и макроскопического измерительного устройства, однако в принципе никуда не исчезают. Мы просто не можем их восстановить. Именно поэтому мы и не видим квантовую странность в действии.

Те же, кто с большим оптимизмом смотрит на объяснение проблемы измерений посредством понимания декогеренции, придерживаются несколько иного взгляда. Они говорят, что, хотя вероятностная природа квантовой механики и означает, что мы даже теоретически не можем с уверенностью сказать, обнаружим мы кота живым или мертвым, это является эквивалентом знакомой нам статистической вероятности. Проблема заключается лишь в том, что мы не знаем, какой вариант выбран, поскольку у нас в распоряжении есть только волновая функция. Но кот уже либо жив, либо мертв!

Способ, которым процесс декогеренции заставляет квантовую странность исчезнуть, можно представить в качестве SD-диаграммы под названием распределение Вигнера. Две горизонтальные оси означают положение и величину импульса, так что каждый из пиков на неровной поверхности соответствует конкретному положению и величине импульса квантовой частицы. Два широких пика обозначают два возможных положения частицы при установленном наблюдении. Очевидно, вероятность ее обнаружения справа вдвое больше вероятности ее обнаружения слева, так как правый пик вдвое выше. Колебания в центре соответствуют условиям интерференции. Они не соответствуют возможным результатам измерения, а представляют собой те самые состояния, в которых кот одновременно и жив, и мертв.

На верхней диаграмме эти колебания интерференции значительно выше, поскольку декогеренция еще не произошла. Но очень скоро (нижняя диаграмма) декогеренция заставляет их исчезнуть. В то же время два физически реализуемых варианта остаются незатронутыми.

Таким образом, установление связи с окружающей квантовую систему средой, которое неизбежно происходит, когда систему больше нельзя считать изолированной, приводит к запутанности, а следовательно, и декогеренции. Означает ли это, что случилось измерение? Если в дополнение к декогеренции выбирается один из оставшихся возможных вариантов, то да, измерение произошло. Наблюдателю нет нужды приводить волновую функцию к коллапсу, поскольку единственный исход уже ожидает, когда мы решим его проверить.

Мне кажется, что это еще не все. Я полагаю, что однажды будет объяснен даже процесс выбора, происходящий после декогеренции. Ряд физиков, включая Роджера Пенроуза, считает это возможным. Многие другие, работающие в сфере космологии и квантовой гравитации, верят, что проблема уже решена.

Итак, следующая остановка: различные интерпретации квантовой механики.

Глава 6. Великий спор