Живо по коням – в погоню за квантами!

[egovoru]

Неизвестно, можно ли толково объяснить существо научных концепций человеку, не имеющему специального образования – или это задача заведомо невыполнимая. Преподавателям физики на биофаке это не удалось: представления о квантовой механике у меня самые туманные. За книжку Адама Беккера я взялась по рекомендации уважаемого thedeemon – и присоединяюсь к его похвальному отзыву.

Правда, ответа на занимающий меня вопрос я пока не нашла и там (но я еще не дочитала до конца). А вопрос такой: почему квантовой механике вообще потребовалась какая-то «интерпретация» – в то время как, например, не менее заковыристой общей теории относительности никакая интерпретация не нужна? Да, квантовые явления – очень странные, но ведь и искривление пространства-времени массивными телами – тоже видение из ночного кошмара?

Может, дело в том, что квантовая механика, хотя и выдает результаты, пригодные для сравнения с показаниями приборов, в процессе вычисления оперирует математическими объектами, не имеющими ясного физического смысла, вроде матриц Гейзенберга или волновой функции Шредингера? Но ведь «нормальная» физика тоже использует очень, очень невнятные понятия вроде энтропии или энергии, которые «ни съесть, ни выпить, ни поцеловать». Почему же никто не обеспокоен «интерпретацией» термодинамики?

Бор вроде бы считал, что физика вообще не должна описывать мир в период между наблюдениями – Беккер усматривает тут влияние махистского логического позитивизма. Хорошо бы понять, чем руководствовался Шредингер, когда придумывал свою загадочную функцию – но вот про это Беккер, увы, не рассказывает.

Нильс Бор и Альберт Эйнштейн в конце 1920-х
(фото Emilio Segre Visual Archives/AIP/SPL, использованное в книжке Беккера)

Comments

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Hello!
LiveJournal categorization system detected that your entry belongs to the category: Наука (https://www.livejournal.com/category/nauka?utm_source=frank_comment).
If you think that this choice was wrong please reply this comment. Your feedback will help us improve system.
Frank,
LJ Team

[formerchild.livejournal.com]

Наверное потому, что квантовая механика предсказывает лишь вероятность измерения, в отличие от всего остального. Поэтому возникает соблазн попытаться угадать "истинную" динамику, которая не была бы вероятностной, а описывала бы мир так, как мы привыкли, т.е. детерминированно. Т.е. избавиться о неприятной неопределённости или хотя бы объяснить её причины. И возникает миллион таких интерпретаций, а в противовес им копенгагеновская -- "давайте не будем излишне интерпретировать".

[mynine.livejournal.com]

Хм, искривление пространства-времени в ОТО это, скорее, интерпретация того что мы наблюдаем как тяготение. Оно в общем-то не сильно расходится с нашим обыденным опытом. Мы вполне хорошо представляем себе что такое пространство, что такое время и что такое искривление.

В квантовой механике математически объясняются экспериментальные явления на квантовом уровне, но эти явления кардинально расходятся с нашим здравым смыслом, противоречат физическим теориям макромира.

Математика в КМ похожа на астрономические таблицы древних народов - можно точно сказать когда и где будет то или иное небесное тело, но не объясняется что такое эти тела и почему они движутся именно так, а не иначе. И это раздражает :)

[vida-louca.livejournal.com]

Желаю успеха. Ещё никому не удавалось понять, как умудряется квантовая механика Шрёдингера описывать явления природы. Даже тем, кто пишет об этом книжки. Поскольку они описывают на самом деле математическую структуру квантовой механики. С эти проще: существует система аксиом и правила работы с математическими объектами. А вот с физической интерпретацией дело швах. Даже популяризатор физики Сабина Хоссенфельдер наконец-то прочитала лекцию (http://backreaction.blogspot.com/2020/04/understanding-quantum-mechanics-1-its.html) о том, что квантовая механика - это не про дискретное описание природы. И по крайней мере в этом она оказалась права.

[egovoru.livejournal.com]

Правильно, Фрэнк!

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Замечательно

[egovoru.livejournal.com]

"которая не была бы вероятностной, а описывала бы мир так, как мы привыкли, т.е. детерминированно"

Ну да: "Бог не играет в кости" и все такое. Но Беккер, кстати, пишет, что Эйнштейн никогда не возражал против собственно гейзенберговского принципа неопределенности; что ему не нравилось, так это нелокальность - и понятно, почему: нелокальность нарушает открытую им предельность скорости света.

Для меня совершенная новость, что Бор и Ко полагали, что фотон вообще не существует между измерениями, и что задача физики - не описание реального мира, а предсказание результатов измерений. (Мне трудно представить, что стол перестает существовать, когда мы отворачиваемся от него). Кроме того, я не знала, что Бор полагал - прямо как Аристотель, с его земными и небесными телами! - что в микромире действуют свои законы, а в макромире - свои. Вообще чувствуется, что автор здорово недолюбливает Бора - он подробно описывает, как тот туго соображал, невнятно говорил и т.д. :)

[alex-new-york.livejournal.com]

«Хорошо бы понять, чем руководствовался Шредингер, когда придумывал свою загадочную функцию – но вот про это Беккер, увы, не рассказывает.»

Это как раз объяснить проще всего. Еще со времен Гамильтона было известно, что движение волновых пакетов описывается теми же гамильтоновыми уравнениями, что и движение классических частиц. И что волновой вектор в этих уравнениях является аналогом механического импульса, а частота колебаний - аналогом энергии (гамильтониана). А коэффициент, связывающий частоту и энергию, а также волновой вектором и импульс, был к тому времени уже известен - это постоянная Планка. Поэтому написать волновое уравнение, соответствующее классическому уравнению движения электрона было как раз просто. А вот физически интерпретировать описываемую этим уравнением волновую функцию было труднее. Из самого уравнения было совершенно непонятно, что квадрат модуля волновой функции является плотностью вероятности обнаружения частицы в данной точке. Глядя на это уравнение вообще невозможно было увидеть, что из него следует существование такой физической реальности, как «частица» и «вероятность». Но поскольку к этому времени уже было известно, что квантовые явления явно носят вероятностный характер, а интеграл от квадрата модуля волновой функции сохранялся, то логично было предположить что это. интеграл - и есть 100%-ная вероятность где-нибудь частицу да обнаружить

[greygreengo.livejournal.com]

>почему квантовой механике вообще потребовалась какая-то «интерпретация» – в то время как, например, не менее заковыристой общей теории относительности никакая интерпретация не нужна?

Исторически сложилось так, что для подсчетов переходов между дискретными состояниями требовалась операторная т.е. матричная механика, а уравнение для вычисления волновой функции т.е. уравнение Шредингера появилось позже и связь между ними была, как бы помягче, не вполне очевидна. Вот и поделились на волновую и частичную механику, со всеми Сольвеевскими конгрессами, и выявлением того, что же в реальности есть волна или частица.

[egovoru.livejournal.com]

"Мы вполне хорошо представляем себе что такое пространство, что такое время и что такое искривление"

Слово "хорошо" здесь - по-моему, преувеличение: можете ли Вы, например, представить себе ситуацию, когда времени не было (до Большого взрыва)? Мы легко представляем расширение, например, металла при нагревании - но расширение самого пространства? Наконец, мы хорошо представляем себе провисание батута (или там натянутого одеяла), когда на него положили груз, но искривление пространства-времени?

"можно точно сказать когда и где будет то или иное небесное тело, но не объясняется что такое эти тела и почему они движутся именно так, а не иначе"

Но зачем же придумали такую математику? Конкретно, меня интересует, как Шредингер додумался до своей функции? Что именно он пытался объяснить, какие физические явления? В учебниках, кажется, писали, что это была интерференция света на двух щелях, но ее ведь описывает и максвелловская электродинамика, или я ошибаюсь?

[formerchild.livejournal.com]

Ну, Бор и Энштейн гении и небожители. Даже и не возьмусь обсуждать что-то об их мнениях. Я тут говорю о далеко-не-гениях (вроде меня, я когда-то тоже мечтал об интерпретации), которые приходят со своими модельками а им говорят "это ненаучно, потому что у нас нет способа это как-то покритиковать". А они продолжают канючить "вы чо, ну я же свой, я же физик, ну может когда-нить опыт появится фальсифицирующий". А им "ну вот когда появится тогда и поговорим, а пока довольствуйтесь копенгагеном".

[egovoru.livejournal.com]

Меня занимает, как создалась такая ситуация? Беккер немного помогает в этом смысле: он пишет, что тогдашние физики находились под сильным влиянием логического позитивизма Венской школы, то есть, идеи (в своем крайнем выражении), что мир не существует, когда мы на него не смотрим. Из сегодняшнего дня это кажется совершенным абсурдом, но, похоже, тогда так не казалось.

"квантовая механика - это не про дискретное описание природы"

А разве то не было очевидно с самого начала? Ведь функция Шредингера - явно не про дискретное описание? Не могли бы Вы мне напомнить, что именно, какие физические явления пытался объяснить Шредингер, когда предложил свою функцию? А то Беккер как-то проскакивает этот момент.

[vsopvs.livejournal.com]

он там про Бора пишет: ...it's hard to say what Bohr's position actually was—there's a small mountain of papers attempting to decipher his views on any given subject, and few of them agree... - pg 176

и про Эйнштейна: Frank protested that Einstein invented the positivist approach to physics in his theories of relativity. "A good joke should not be repeated too often," - Einstein replied. - pg 173

по-моему это ставит вопрос интерпретации в правильную перспективу :)

вообще в книге довольно хорошо освещается тема влияния вненаучных факторов на то, что оказывается общепринятой интерпретацией. еще на эту тему познавательно тут: The Foundations of Quantum Mechanics in Postwar Transatlantic Physics

[formerchild.livejournal.com]

Еще рекомендую почитать вот это (https://eslitak.livejournal.com/235681.html), такие свойства КМ тоже источник придумывания интерпретаций.

[egovoru.livejournal.com]

"написать волновое уравнение, соответствующее классическому уравнению движения электрона было как раз просто"

Я что-то забыла, а почему максвелловских-то уравнений было недостаточно для описания распространения света? Зачем потребовалось какое-то другое, но тоже волновое уравнение? Еще я не очень понимаю, почему Вы говорите именно о "волновом пакете", а не просто о волне :(

[egovoru.livejournal.com]

"матричная механика, а уравнение для вычисления волновой функции т.е. уравнение Шредингера появилось позже и связь между ними была, как бы помягче, не вполне очевидна"

Беккер пишет, что гейзенберговская матричная механика и уравнение Шредингера математически эквивалентны, но первая к тому же еще менее привычна и, как я понимаю, тоже не несет ясного физического смысла.

Мне не удается понять, как вообще сложилась такая ситуация, что физические системы стали описывать математическими структрами, не имеющими физического смысла? Беккер винит в этом логический позитивизм, распространненый в то время - представление, что мир не существует, когда мы на него не смотрим :(

[mynine.livejournal.com]

Что было ДО, мы не знаем. И расширение пространства тоже к ОТО не относится. Это все астрофизика. Но все равно, все это имеет какие-то аналогии, как кто-то говорил про многомерность в математике : "представьте себе пространство размерности три, представили, а теперь волевым усилием скажите себе: положим что размерность пространства N". )

Искривление пространства-времени выглядит для нас как тяготение - его можно наглядно представить как движение по линиям, например, на глобусе - если вы движетесь под каким-то углом к северу, то обязательно придете на северный полюс - это вполне можно интерпретировать как тяготение к нему :)

Математику придумали потому что она точно описывает эксперименты. Почему Ньютон придумал свою формулу всемирного тяготения? Потому что она точно описывает движение планет.

Электродинамика работает с волновым описанием, а известно что свет это отдельные частицы и каждая отдельный фотон может интерферировать сам с собой - проходя через две щели одновременно. Но стоит попытаться узнать через какую же щель прошел фотон, как весь эффект интерференции исчезает и тд.

[egovoru.livejournal.com]

"Бор и Энштейн гении и небожители"

Ну, Беккер пытается показать в своей книжке, что от чрезмерного преклонения перед гениями происходит один только вред :)

Книжка, кстати, захватывающе интересная - только, похоже, пока еще не переведенная на русский язык - по всяком случае, в сети перевода я не нашла :(

[egovoru.livejournal.com]

"it's hard to say what Bohr's position actually was"

Да, мне показалось, что автор вообще как-то недолюбливает Бора: тот и соображает медленно, и говорит невнятно, и вообще его совокупное влияние на прогресс в физике едва ли не отрицательное :)

"вообще в книге довольно хорошо освещается тема влияния вненаучных факторов на то, что оказывается общепринятой интерпретацией"

Да, я тоже это отметила: автор пытается вписать процесс развития физических идей в более общую историческую картину, и это, конечно, важное достоинство его книжки. Я, например, не знала, что Бор считал, что у макро- и микромира должны быть разные законы: прямо как Аристотель, полагавший, что движением земных и небесных тел управляют разные причины! Я думала, что физики уже тогда пытались найти единую "окончательную" теорию, но, видимо, такие настроения распространились уже только после войны. Вообще книжка кажется мне исключительно интересной, но я пока дошла только до середины.

[egovoru.livejournal.com]

Спасибо за ссылку, но тот автор, если я правильно поняла, рассуждает как раз в "копенгагенской" традиции: ведь его "редукция" - это и есть коллапс волновой функции, так?

[vsopvs.livejournal.com]

> мне показалось, что автор вообще как-то недолюбливает Бора

мне так не показалось. по-моему автор просто с похвальной прямотой пишет о том, о чем другие предпочитают умалчивать.

он там и по Куну проехался: "What, precisely, Kuhn advocated in place of positivism is not entirely clear." - pg 183

что касается законов микромира (интерпретации квантовой механики), мне кажется, тут стоит вспомнить Канта, считавшего, что понятия пространства и времени у нас врожденные. что там на самом деле - один Кант ведает :)

а уж тем более квантовая механика - тут врожденным понятиям вообще неоткуда взяться.

[megapotam.livejournal.com]

Да, темное это дело. Я, к счастью, никогда всерьез физику не изучал, поэтому не берусь комментировать поставленные вопросы, но всё же добавлю от себя немного.
Год назад ребенок заинтересовался квантовой механикой, в связи с чем мне пришлось прочитать несколько научно-популярных книг по этой теме. Но еще до того он попросил книгу Стенджера "Бог и мультивселенная". Множественными вселенными он интересовался раньше, а тут очевидно привлекло название (имеющее отношение лишь к последним главам книги). Книга мне не понравилась, но одну цитату я приведу:

"То, что сегодняшние теоретики называют глубокими проблемами, как правило, имеет больше отношения к их собственным теориям, нежели к наблюдаемым фактам. Квантовая механика — показательный пример теории, которая согласуется со всеми экспериментами в течение уже почти столетия, но люди все еще спорят о том, «что это значит», так и не приблизившись к консенсусу".

Я ему (сыну, а не Стенджеру) помогал доклад делать - так я не смог объяснить эффект наблюдателя. Говорил про "наблюдение - это изменение", про декогеренцию, но только сам запутался. И что я мог ему сказать, если Паули считал, что законы физики и законы сознания могут дополнять друг друга (что, конечно, есть общее рассуждение и никакого ответа не даёт), если Пенроуз предположил, что квантовые эффекты - часть работы мозга, возможно, физическая основа изменения состояний неких молекулярных структур в нейронах...
Я опускаю руки, но с интересом почитаю остальные комментарии.

[egovoru.livejournal.com]

"кто-то говорил про многомерность в математике"

Да, многомерность в математике не представляет собой никакий трудностей для воображения, если у нас есть картезианская система координат: легко можно добавить еще сколько угодно координатных осей и определять положение точки совокупностью чисел, отсчитанных по каждой из них :)

"его можно наглядно представить как движение по линиям, например, на глобусе - если вы движетесь под каким-то углом к северу, то обязательно придете на северный полюс - это вполне можно интерпретировать как тяготение к нему"

Э, нет: даже мне совершенно понятно, что движение по искривленной поверхности - это совершенно не то, что искривление самого пространства!

"Математику придумали потому что она точно описывает эксперименты. Почему Ньютон придумал свою формулу всемирного тяготения? Потому что она точно описывает движение планет"

Ну да, но при этом никто ведь не носится с поисками "интерпретации" законов Ньютона, никто не предлагает конкурирующие их интерпретации и т.д. Спрашивается, почему? В чем тут разница?

"Но стоит попытаться узнать через какую же щель прошел фотон, как весь эффект интерференции исчезает и тд."

Но ведь это просто означает, что волновая функция не описывает всю совокупность наблюдений? А это разве не значит, что надо искать какую-то такую математеческую модель, которая бы ее описывала?

[egovoru.livejournal.com]

"What, precisely, Kuhn advocated in place of positivism is not entirely clear."

С позиций сегодняшнего дня позитивизм кажется каким-то совершенным бредом, но тогда, видимо, он воспринимался иначе. Как бы то ни было, из изложения Беккера становится совершенно ясно, как сильно философия влияет на физику - даже если сами физики любят это отрицать :)

"тут стоит вспомнить Канта, считавшего, что понятия пространства и времени у нас врожденные"

Я не смогла понять, как же Кант представлял себе его "априорное знание": если это то знание, которым обладает новорожденный младенец, то запас такого знания у нас крайне ограничен и вряд ли включает такие абстрактные понятия, как "пространство" и "время". А если это знание появляется позже, то как доказать, что оно врожденное, а не результат обучения и/или личного опыта?

[formerchild.livejournal.com]

А почему "но"?

Да, по-моему набор постулатов уважаемого eslitak вполне в копенгагенском духе. Но не уверен, что у сторонников копенгагенской интерпретации какая-то монополия на рассуждения о коллапсе волновой функции.