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

tvobserver писал(а):

То как быть со школьниками 1870-х годов которые уже знали как и делали бездумно по оригами бумажные самолетики, а фактически планеры с учётом формы крыла и подъёмной силы.

Ну так бумажный самолётик сильно легче сделать, чем полноценный самолёт. Что не так-то? А попытки много кто делал, получилось только у Лилиенталя, у которого было много свободного времени и лишних денег.

weter писал(а):

Цитата: Ну и в каком виде вы получите ответ при музыкальном описании ядерных процессов? В виде октав? Как из этого посчитать необходимую мощность системы охлаждения, например? Я не ожидаю от вас точного ответа, а лишь обозначьте подход. да собственно вы подход верно сразу и ухватили, октавы, гаммы, разрывы, волны, колебания, частоты, и пр. Сложности, многомерности языка музыки хватит мне кажется для этой задачи. Но тут нужен слух, понятно, потому что ответ я получу на том же языке) Это кстати еще интересный и категорически сложный вопрос, потому что слово и музыка не приемлют друг друга! Посмотрите или прочтите про звонаря КОТИКА. Только не Шредингера, а Сараджаева) Видео сам не смотрел, нашел сейчас, только читал о нем у Цветаевой.

Вы, как человек любящий, понимающий музыку и возможно играющий на инструменте, скажите пожалуйста.
Что могло появиться раньше?
1. Инструмент?
2. Способ изготовления его?
3. Нотная грамота?
4. Музыкальные произведения?

Abelar писал(а):

zaithito писал(а): К примеру, движение автомобилей в большом городе (да и вобще что угодно) можно описать статистически. И получится, что вот на этих "энергетических уровнях" в виде дорог автомобиль бывает чаще, а между ними - реже, но, с некоторой долей вероятности может оказаться где угодно, даже за пределами города. И такое описание будет вполне рабочим, при этом никак не раскрывая сути происходящего. Вполне раскрывая, с совершенно практической точки зрения оптимальной организации дорожного движения. Кстати, по этому поводу на ютубе есть интересные ролики математика Савватеева.

Движение автомобиля можно описать статистически, но зависит оно совсем не от статистики. А от разметки, состояния дородного покрытия, ПДД и собственно конструкции автомобиля, расположения заправок, торговых центров и сотни других причин, от которых оно действительно зависит. Статистика - это просто некая совокупность наблюдений без попыток разобраться в причинах. Но в случае с автомобилями причины особенностей их движения понятны и доступны для наблюдения, а в случае с элементарными частицами наблюдения затруднены и причины понятны не всегда. Но это не значит, что их нет.

Веду к тому, что ограничиваясь статистическим описанием мы отказываемся разбираться в действительных причинах. И, моё глубокое имхо, что нынешняя физика элементарных частиц угодила в эту ловушку. Такое вот дилетантское мнение. И ситуация не изменится до тех пор, пока будут выделять миллиардные бюджеты на строительство разного рода синхрофазотронов, практическим результатом работы которых будут только очередные публикации в специализированных журналах об открытии очередной элементарной частицы с присвоением очередного научного звания.

weter писал(а):

Цитата: Ну и в каком виде вы получите ответ при музыкальном описании ядерных процессов? В виде октав? Как из этого посчитать необходимую мощность системы охлаждения, например? Я не ожидаю от вас точного ответа, а лишь обозначьте подход. да собственно вы подход верно сразу и ухватили, октавы, гаммы, разрывы, волны, колебания, частоты, и пр. Сложности, многомерности языка музыки хватит мне кажется для этой задачи.

У вас чувствуется образование гуманитария, т.к. общих фраз типа "весь мир един" для вас вполне достаточно чтобы получить ощущение того что вы уже познали наш физический мир.
А у нас, технарей, этого недостаточно. Нужно знать точные количественные соотношения между процессами и знание законов.
Ещё древние греки говорили, что весь мир - это совокупность чисел и их соотношений. Галилей - основатель современной науки, говорил, что Книгу Природы можно лишь прочитать на языке математики, которая этими соотношениями оперирует. За это, собственно, его Церковь и гнобила. Истину он предлагал искать в математике, а не в откровенияях святых старцев.

fontan16 писал(а):

А у нас, технарей, этого недостаточно. Нужно знать точные количественные соотношения между процессами и знание законов.

А кто вам, технарям, сказал, что вы их знаете и что лет через 200 они будут такие же?

[quote="tvobserver";p="12592225"]

weter писал(а):

Цитата: Посмотрите или прочтите про звонаря КОТИКА. Только не Шредингера, а Сараджаева) Видео сам не смотрел, нашел сейчас, только читал о нем у Цветаевой. Вы, как человек любящий, понимающий музыку и возможно играющий на инструменте, скажите пожалуйста. Что могло появиться раньше? 1. Инструмент? 2. Способ изготовления его? 3. Нотная грамота? 4. Музыкальные произведения?

Музыка, математика... - это лишь инструменты. А я не люблю инструменты, исключительно ими пользуюсь. Возможно и они не питают ко мне любви за это. Но служат. Видимо так и должно быть)
Что раньше? - Я не знаю ответа, наверное они появились одновременно, так как друг без друга они не могли, им скучно. поэтому они были вынужденны появится. Почему вынужденно. Видимо такое сильное произведение!

Цитата:

weter писал(а): Вы, как человек любящий, понимающий музыку и возможно играющий на инструменте, скажите пожалуйста. Что могло появиться раньше? 1. Инструмент? 2. Способ изготовления его? 3. Нотная грамота? 4. Музыкальные произведения? Музыка, математика... - это лишь инструменты. А я не люблю инструменты, исключительно ими пользуюсь. Возможно и они не питают ко мне любви за это. Но служат. Видимо так и должно быть) Что раньше? - Я не знаю ответа, наверное они появились одновременно, так как друг без друга они не могли, им скучно.

Как я писал раньше, вы явно гуманитарий. Ответ здесь совершенно очевиден.
Для того чтобы правильно на него ответить достаточно вспомнить племена из Африки, которые стучат в барабаны при исполнении ритуалов, которые сопровождаются музыкальнми произведениями.
Барабаны нужны лишь для того чтобы выразить сильнее те звуки и ритмы, которые уже созрели в голове. Без них барабаны и все остальные пункты теряют смысл.
Другое дело, что барабаны и др. инструменты могут помочь придумывать новые ритмы, но это не отменяет фактов, что произведения играют первоочередную роль.

А как ученые объясняют состояние кот мертв?
а) Остановка сердца;
б) Полуразложившиеся остатки плоти;
в) Разложившиеся остатки на простые химические соединения.

Если они пытаются что-то объяснить, то пусть приведут более корректное сравнение.

Цитата:

Как я писал раньше, вы явно гуманитарий. Ответ здесь совершенно очевиден.

а, я увидел, но показалось это вы не мне написали, и не стал дальше читать.
И вы не дочитали мою мысль, я добавил. Не спешите так)

Dn71 писал(а):

А как ученые объясняют состояние кот мертв? а) Остановка сердца; б) Полуразложившиеся остатки плоти; в) Разложившиеся остатки на простые химические соединения. Если они пытаются что-то объяснить, то пусть приведут более корректное сравнение.

Сердце кота не бьётся более 15 минут.
Такое состояние можно считать, что кот мёртв. Всё остальное можно считать, что кот жив. Вас такое объяснение устроит?
А вообще парадокс кота Шредингера совсем о другом.
Его придумал сам Шредингер для того чтобы показать к каим парадоксам может привести законы квантовой механики.

Цитата:

Цитата: Как правило, человек живет в одном единственном описании мира. В корне бессмысленная фраза. Описание мира предполагает что его кто-то описывает со стороны. Если это Бог - то дискуссию можно прекратить, т.к. спорить с религиозным человеком об устройстве мира совершенно бессмысленно. А если это существо из этого мира, то описание мира будет совершенно разным если его описывают разные субъекты. Вы что в самом деле считаете, что человек и микроб ощущают мир одинаково?

вы спорите с тем, к чему сами приходите, перечитайте, что вы пишете)

Цитата:

Барабаны нужны лишь для того чтобы выразить сильнее те звуки и ритмы, которые уже созрели в голове. Без них барабаны и все остальные пункты теряют смысл. Другое дело, что барабаны и др. инструменты могут помочь придумывать новые ритмы, но это не отменяет фактов, что произведения играют первоочередную роль.

Вы уверены, что звуки, которые сначала возникают в голове аборигена, выразимы с помощью инструментов, оставим пока электронные инструменты? Я к чему. Мне кажется любых инструментов будет недостаточно. Почему так не знаете?
Или вы утверждаете, что в голове именно барабаны звучат, то есть так как зазвучит позже барабан?
Эта вопрос связывает вашего внутреннего гуманитария и математика в один узел, и вы перерастаете это различие.
И здесь ключ к тому, как классический мир возникает из квантового хаоса
Сам вопрос предполагает магическое описание мира, так как речь идет о первичном Хаосе и об упорядочивании магической волей. Классический путь магии. Но есть и другие веро-системы.

Dn71 писал(а):

А как ученые объясняют состояние кот мертв? а) Остановка сердца; б) Полуразложившиеся остатки плоти; в) Разложившиеся остатки на простые химические соединения. Если они пытаются что-то объяснить, то пусть приведут более корректное сравнение.

Никак, это просто мысленный эксперимент, иллюстрирующий парадоксы, которые вытекают из квантовой механики. Шредингер связал процессы, происходящие на квантовом уровне со смертью кота.

Не знаю уж, за что он так котов не любил.

Понятно, что если посадить в ящик реального кота и отравить его по сигналу, к примеру, от счётчика Гейгера - кот неминуемо погибнет безо всякого участия внешнего наблюдателя.

fontan16 писал(а):

Цитата: weter писал(а): Вы, как человек любящий, понимающий музыку и возможно играющий на инструменте, скажите пожалуйста. Что могло появиться раньше? 1. Инструмент? 2. Способ изготовления его? 3. Нотная грамота? 4. Музыкальные произведения? Музыка, математика... - это лишь инструменты. А я не люблю инструменты, исключительно ими пользуюсь. Возможно и они не питают ко мне любви за это. Но служат. Видимо так и должно быть) Что раньше? - Я не знаю ответа, наверное они появились одновременно, так как друг без друга они не могли, им скучно. Как я писал раньше, вы явно гуманитарий. Ответ здесь совершенно очевиден. Для того чтобы правильно на него ответить достаточно вспомнить племена из Африки, которые стучат в барабаны при исполнении ритуалов, которые сопровождаются музыкальнми произведениями. Барабаны нужны лишь для того чтобы выразить сильнее те звуки и ритмы, которые уже созрели в голове. Без них барабаны и все остальные пункты теряют смысл. Другое дело, что барабаны и др. инструменты могут помочь придумывать новые ритмы, но это не отменяет фактов, что произведения играют первоочередную роль.

Это от простого хорошо.
А возьмём-ка к примеру сопилку-дудочку как у Нильса, но не Бора, одна палочка и 9 дырочек. Какова общая длина, диаметр? Сколько отверстий? В каких местах, интервал, диаметр? Чем просверлить вдоль. Какие перекрывать одновременно? Допустим научат Вас гамме. Дальше... А нам нужно получить El Condor Pasa. А уж скрипка так ваще...
Будете только раздражать именно скрипением (если не научат играть) пока не побьют соседи по племени. Поэтому то средневековая музыка 12-13 века была тупой занудной хернёй. При наличии уже клавесинов труб и кажется органа. Опыты детей которым ещё не показали образцы (template) отсюда образцовые рыцари тамплиеры и их храмы (temple) в смысле ВДНХ для тех людей.

Знаете ли вы, что обыкновенный кухонный чайник был изобретён в 3186 году
бельгийцем Рене Лежаном и в настоящее попал совершенно случайно
Корабль уродов. Аквариум.

Цитата:

Поэтому то средневековая музыка 12-13 века была тупой занудной хернёй. При наличии уже клавесинов труб и кажется органа. Опыты детей которым ещё не показали образцы (template) отсюда образцовые рыцари тамплиеры и их храмы (temple) в смысле ВДНХ для тех людей.

Да, мы чувствуем, вот это музыка, а вот это не музыка, хоть и проффессионально сделана.
Если образца нет, то не о чем говорить. Все есть в фильме о Котике Сараджеве.