Как классический мир возникает из квантового хаоса

Квантовая механика завораживает и интригует как ученых, так и широкую публику. Эта фундаментальная область физики, изучающая поведение частиц в субатомном масштабе, привела к впечатляющим технологическим достижениям, таким как изобретение лазеров и квантовых компьютеров. Но она также поднимает глубокие вопросы о природе реальности. Среди этих вопросов один из самых интригующих: как перейти от странного и неопределенного квантового мира к привычному классическому, где объекты тверды, а события четко определены?


Странный мир квантовой механики
В квантовом мире перестают действовать правила, известные нам в макроскопических масштабах. В основе этой странности лежит понятие волновой функции. Волновая функция — это не просто описание того, где находится частица, а скорее вероятностная карта, показывающая все возможности того, где она может находиться. Суперпозиция состояний — одна из самых неинтуитивных концепций в квантовой механике. Возьмем знаменитый пример с котом Шредингера.

Представьте себе кота, запертого в коробке с квантовым механизмом, который может выпустить яд. Пока ящик остается закрытым, кот одновременно и жив, и мертв — суперпозиция состояний. Только когда коробку открывают и мы заглядываем внутрь, кот принимает определенное состояние: жив или мертв. Этот переход от квантовой нечеткости к четко определенной реальности называется коллапсом волновой функции. Но почему и как происходит этот коллапс?

Инструменты, используемые физиками для объяснения возникновения классической
Чтобы объяснить этот переход, физики опираются на несколько концепций. Первое — это правило Борна, которое гласит, что когда мы производим измерение, вероятность наблюдения определенного состояния пропорциональна квадрату амплитуды волновой функции в этом состоянии. Другими словами, волновая функция не дает точного результата, а только вероятности. Еще одно важнейшее понятие — квантовая декогеренция. Когда квантовая система взаимодействует с окружающей средой, различные суперпозиции ее состояний быстро становятся несовместимыми. Это означает, что мы наблюдаем только одно когерентное классическое состояние — например, живого или мертвого кота - а не их комбинацию.

Эта идея занимает центральное место в так называемой копенгагенской интерпретации, но она не объясняет всего. Появились и альтернативные интерпретации, такие как интерпретация множества миров. Согласно этой точке зрения, все возможные состояния волновой функции продолжают существовать, но в параллельных вселенных. Например, в одной вселенной кот жив, а в другой — мертв. Но если эти миры существуют, почему мы никогда не видим их напрямую?

Недавнее открытие: зарождающийся классический мир
Недавно испанские физики пролили новый свет на эту проблему. Их исследование, опубликованное в журнале Physical Review X, показывает, что характеристики классического мира естественным образом возникают из сложных квантовых систем. Другими словами, наш макроскопический мир не противоречит квантовой физике — он неизбежно вытекает из нее.

Представьте себе мешок с водой, в котором есть отверстия. Хотя молекулы воды внутри движутся хаотично и непредсказуемо, вода, вытекающая из отверстий, образует регулярные, предсказуемые струи. Аналогичным образом, исследование показывает, что квантовые системы, хотя и являются сложными и хаотичными, при наблюдении в больших масштабах создают стабильные классические структуры. Команда смоделировала квантовые эволюции в беспрецедентных масштабах, включающих до 50 000 энергетических уровней. Они обнаружили, что эффекты квантовой интерференции, ответственные за странное поведение на малых масштабах, очень быстро исчезают при увеличении размера системы. Это явление происходит экспоненциально и универсально, без каких-либо особых условий. Таким образом, даже системы, состоящие из нескольких атомов, могут начать вести себя классическим образом.

Что это значит для нашего понимания реальности
Это исследование проливает новый свет на вопрос о возникновении классического мира. Оно показывает, что наша наблюдаемая реальность — это не аномалия, а естественное следствие физических законов. Оно также может объяснить, почему время, кажется, течет только в одном направлении — стрела времени возникает из определенных ветвей квантовой эволюции, в то время как другие ветви теоретически могут иметь инвертированную стрелу времени. Связав эту работу со статистической механикой, исследователи показывают, насколько такие понятия, как температура и давление, возникают в результате взаимодействия бесчисленных микроскопических частиц. Это подкрепляет идею о том, что порядок и структура могут возникнуть из глобально хаотичной и несимметричной по времени Вселенной.

А как насчет других вселенных?
Идея множественных миров по-прежнему интересна. Согласно этой теории, наша Вселенная — лишь одна из ветвей среди бесчисленного множества других. Последние работы предлагают схему для понимания того, как эти ветви могут сосуществовать, создавая последовательные и стабильные миры. Хотя у нас нет прямого доступа к этим другим вселенным, их существование может объяснить богатство и сложность нашего собственного мира.

Источник

ArniCyber

Цитата:

И тогда фраза "кот сыграл в ящик" заиграет новыми красками

ага, ассоциаций прибавится, и краски, и запахи ))

"Представьте себе кота, запертого в коробке с квантовым механизмом, который может выпустить яд."
ОТСТАНЬТЕ ОТ КОТОВ!!!!!!

SneViAl писал(а):

Невидимое глазу не перестаёт существовать. Марк Леви.

Невидимое познаётся невидимым, мысль невидима.

Maximrus писал(а):

SneViAl писал(а): Невидимое глазу не перестаёт существовать. Марк Леви. Невидимое познаётся невидимым, мысль невидима.

— …Видишь суслика?
— Нет.
— И я не вижу. А он есть!

Raptor303 писал(а):

И второе... наблюдение за квантовым миром??? Ребят, поделитесь новостью, это когда мы в реальности, а не в фильмах про Человека-Муравья, научились наблюдать за тем, что значительно меньше атома, протона, электрона... ? Что за бред, я упустил величайшее открытие?

Наблюдение может быть и косвенным, необязательно ковыряние пальцем. Немало примеров открытий "на кончике пера", в том числе в областях, вполне ковыряемых.

tvobserver писал(а):

Печалька в том, что ни первое ни второе объяснение не перекрывает даже самые простейшие вопросы.

Зато их сочетание перекрывает.
Реальность имеет множество аспектов, знания в каждом из которых ограничены своей областью, но из этого должно следовать не то, что раз эти знания ограничены, то "нет правды на земле", а то, что их надо использовать в совокупности.

Материализм опять победил)

Мы это все 25 веков назад с вами обсуждали уже, но все в новинку людям, вот жеж)
Неужели не помните, дхармы, частицы, и есть и нет...) Мы еще много смеялись

Запомни путь слетевшего листа
И мысль о том, что мы идем за нами
Кто наградил нас, друг, такими снами
Или себя мы наградили сами..."

иными словами они сами нифига не понимают что это и как оно работают и прячут своё непонимание за псевдоумными словами.

Цитата:

иными словами они сами нифига не понимают что это и как оно работают и прячут своё непонимание за псевдоумными словами.

"Любое описание использует какие-то конкретные формы и имеет некоторый конечный объём. Соответственно, вселенная каждого человека есть нечто принципиально отграниченное. При этом всё, чего нет в описании, останется за её пределами, и у нас нет никакого способа вступить с этим во взаимодействие, хоть каким-то образом почувствовать, услышать, увидеть или помыслить. Это есть единственное реальное ограничение вселенной человека. Восприятие происходит в плоскости, которую задаёт конкретное описание мира."

Думаю с этих слов должны начинаться все статьи на эту тему.

tvobserver писал(а):

Но нет (И НЕ МОЖЕТ БЫТЬ) между ними каких-то промежуточных, неопределенных, хаотичных. Природа просто отказывается собирать из нейтронов и протонов другие комбинации ядер атомов, не подчиняющиеся этим заветным числам. Пришедшим может быть из сна, а может быть и из прямой связи с Богом. Он узрел именно Божественный Порядок, а не хаос, в котором предпочитают барахтаться современные шрёдингеры.

именно так.
Материалистов ставит в тупик вопрос о том, почему законы физики именно такие, какие они есть...

dimazxc писал(а):

Типа, частица может быть в суперпозиции, это как если бы ты одновременно ел пиццу и смотрел сериал. И что самое прикольное, пока ты не посмотришь, что там у тебя в тарелке, пицца будет и съедена, и нет.

Так в этом и бред понятия "суперпозиции" ) Теоретически пицца в тарелке и есть, и нет, пока не посмотрел на тарелку, чтобы определить точно. Но объективно пицца там лежит, ее существование не зависит от фантазии субъекта, который размышляет о суперпозиции. В этом гвоздь. Со знаменитым котом ровно то же самое.
Суперпозиция = наше ля-ля и не более того. Это не свойство чего-либо, это результат нашей фантазии о чем-то, что мы в данный момент наблюдаем.

Герберт писал(а):

Парадоксальность квантовой теории состоит не в том, что хаотическое на микроуровне поведение рождает вполне определенное и предсказуемое на макро, а в том, что объекты (и микро- и макро-) могут одновременно находиться в разных состояниях - на самомо деле, а не потому что мы о них чего-то не знаем. А когда посмотрим (измеряем), то тем самым "сбрасываем" объект в одно какое-то конкретное состояние (или, в многомировой интерпретации обрываем связь со всеми теми мирами, где он не находится в этом конкретном состоянии). Чем тут может помочь аналогия с мешком с водой?

Или аналогия с котом – ничем. Если частица реально существует, объективно, в двух или больших состояниях независимо от наших действий, то при чем здесь кот? По сути, аналогии не существует, так как кот объективно жив (допустим) и не может объективно быть в двух состояниях. Кот не может. Частица в квантовом мире – может. Значит, таково ее свойство, она такая. И если мы пытаемся наблюдать за ней, другое ее свойство задействуется: частица меняется, как будто "чувствует" наблюдение. Скорее всего, частица НЕ меняется, просто МЫ ограничены в нашем восприятии реальности, чтобы понять, что там реально происходит. Мы видим изменение частицы и пытаемся описать ее поведение, но ввиду наших ограничений в восприятии реальности сделать это полноценно невозможно. Аналогия для понимания невозможности полноценного описания: попытка описать четырехмерный объект человеком путем зрительного наблюдения за этим объектом. Это просто физически невозможно для нас. Может быть, что-то схожее мы имеем с квантовым миром.

Galaxpro писал(а):

но почему бы не предположить, что взаимодействие всё-таки есть, но на данном этапе развития науки, ещё не открыто;

Понятное дело. Не открыта и "темная материя" и прочие вещи, в том числе гипотетические "виртуальные частицы", передающие проходящим через них частицам массу, что искажает пространство и, по сути, создает гравитацию... Ну тоже теория )

Цитата:

всего лишь будет одновременно писающим и какающим, что уже укладывается в эмпирический опыт человечества )

У вас есть/были кошки? Вы знаете, что когда кошак идет в туалет, он либо писает, либо какает, но как человек – одновременно и то, и другое – не может делать?

TashKenT писал(а):

Умер раввин, попал в рай, и спрашивает Бога: — Господи, расскажи, как ты сотворил вселенную? — Сингулярность, потом Большой Взрыв, экспоненциальное расширение... Физики ваши, в принципе, всё верно поняли. — А как же ты сотворил всё живое? — Ну как... Сперва абиогенез, потом мир РНК, дальше эволюция, клетки, потом многоклеточные организмы... — А человека ты как сотворил, Господи? — Слушай, это же ещё Дарвин описал. Сперва приматы, потом использование орудий, речь, прямохождение... Ты что, школу прогуливал? — Господи, но ведь в Торе написано про семь дней, про сотворение человека из глины... — А как бы ты сам, ребе, если бы оказался тогда на горе Синайской, объяснил бы безграмотным пастухам с бронзовыми мечами — про кварк-глюонную плазму, ДНК и естественный отбор?

А где продолжение? ) Ведь дальше должен быть вопрос вида "а тогда какой смысл в Твоем существовании, зачем Ты нужен Вселенной?" Но ответ тоже есть, кстати. Вполне понятный. Предельно понятный и не против Творца, а как раз за Него...

Цитата:

Но объективно пицца там лежит, ее существование не зависит от фантазии субъекта

Фантазию отменяем?) Не уверен, что пицца останется в тарелке после этого, а я пиццу люблю)

Добавлено спустя 16 минут 53 секунды:

nos197 писал(а):

ведь нельзя драть с людей столько денег за такие условные знания )

это еще почему?) главное налоги платить))
Бесценно только необусловленное знание, но его никто и не даст.
А в суперпозиции только наше Я.

Raptor303

Цитата:

когда кошак идет в туалет, он либо писает, либо какает

кота Шрёдингера посадили в закрытый ящик, да ещё ядом травят, если бы вашего кошака посадили в закрытый ящик, то он быстро бы научился какать и писать одновременно ))
вы такой серьёзный, просто умора ))

delta1500 писал(а):

фигасе людей после праздников не отпускает P.S. вы верите в нло, астральные проекции, телепатию, экстрасенсорное восприятие, ясновидение, телекинез, медиумов, лох-несское чудовище и теорию об атлантиде?

я-источник вселенной и пространства

жалко котейку-то. представьте, каково ему там в этой пыльной коробке вместе с вонючими, обоссаными хозяином тапками.

там ведь в оригинале вроде бы был радиоактивный элемент с окошком. и колбочка с ядом. нехитрый механизм на основе радиационного датчика, который управлял молоточком, который шмякал по колбочке с ядом. то бишь вылетает изотоп, улавливается датчиком, датчик отпускает молоточек, тот разбивает колбочку - котейке песда. но вот никак не может мну отпустить вопросец, а накуя такая сложная цепочка действий?

если котейка внутри не окуклился от тапошной вони, то значит жив
если окуклился - значит мертв.

и для нас внешних наблюдателей из которых явно хозяин тех тапок, котейка, пока нами не видим, как раз и находится в суперпозиции. только вот херовая какая-то это позиция, стремная, нельзя так с животинками. лучше вон сам хозяин бы залез и на себе прочухал.