Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
23 Апреля 2024, 04:58:20
Начало Помощь Поиск Войти Регистрация
Новости: Книгу С.Доронина "Квантовая магия" читать здесь
Материалы старого сайта "Физика Магии" доступны для просмотра здесь
О замеченных глюках просьба писать на почту quantmag@mail.ru

+  Квантовый Портал
|-+  Тематические разделы
| |-+  Физика (Модератор: valeriy)
| | |-+  Будущее квантового компьютера (по следам двухщелевого эксперимента)
0 Пользователей и 1 Гость смотрят эту тему. « предыдущая тема следующая тема »
Страниц: [1] 2 3 4  Все Печать
Автор Тема: Будущее квантового компьютера (по следам двухщелевого эксперимента)  (Прочитано 48088 раз)
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« : 19 Июля 2014, 21:07:23 »

                                               1

Идея квантового компьютера была сформулирована в начале 80-х г.г. прошлого века Р. Фейнманом, предложившим использовать вероятностную квантовую динамику для компьютерных вычислений. Однако несмотря на то, что с момента рождения этой идеи прошло уже более четверти века, она так и не нашла своего практического воплощения.
Эта, на несколько десятилетий затянувшаяся пауза между рождением идеи и ее практической реализацией постепенно начала вызывать у ученых сомнения в том, что поставленная задача выполнима. Одним из первых эти  сомнения высказал директор венского института квантовой оптики и квантовой информатики Антон Цайлингер. Впрочем, он сделал это не своими словами, но ссылаясь других авторитетных физиков. Собранные Цайлингером мнения специалистов по поводу возможности появления квантового компьютера были опубликованы в 2013 г. в «Introducing MIT Technology Review Insider». На вопрос: Когда будет создан квантовый компьютер, 9% опрошенных ученых ответили – через 10 лет, 42 % – через 10 – 25 лет, 30% - через 25 – 50 лет, и 15% ответили – никогда.
   Эти же сомнения в возможности создания квантового компьютера вынудили сотрудника MIT Скотта Аронсона предложить премию в 100 тыс. долл. за доказательство того, что идея квантового компьютера противоречит фундаментальным законам природы. (цит. по материалам PVSM: Новости IT мира).
   Однако трудность доказательства, за которое предлагает вознаграждение С. Аронсон состоит в том, что математическое описание вероятностной модели квантовой динамики, которую должен использовать в своей работе квантовый компьютер, формально не содержит в себе внутренних противоречий. Эту математическую непротиворечивость вероятностного описания квантовых процессов не отрицал и непримиримый противник подобного описания А. Эйнштейн, всегда настаивавший на принципе квантового реализма, хотя и с оговоркой на то, что «тезис о реальности сам по себе не имеет ясного смысла и в виду своего «метафизического» значения носит лишь программный характер» (А. Эйнштейн «Вводные замечания об основных понятиях» 1953 г).
Вместе с тем, Р. Фейнман в своем научном творчестве отчасти пошел по пути Эйнштейна, поскольку в своем осмыслении природы вероятностных квантовых процессов он обращался не только к абстрактным математическим конструкциям, но и к первичной физической реальности, которая лежит в основе всякой теории, впоследствии обретающей свое математическое описание. Анализируемая Р. Фейманом реальность – это двухщелевой квантовый эксперимент, описание которого приводится в его книге «Характер физических законов», где воспроизводится не только логика квантовой динамики, но и проясняется специфика понятия «информация» в ее квантово-механическом значении, которое прежде, за несколько десятилетий до Фейнмана, сформулировал один из основателей квантовой теории Э. Шредингер.
   С.Я. Килин в статье «Квантовая информация» (УФН 169 (1999)), анализируя теоретическое наследие Э. Шредингера, содержащее в себе логические основы квантовой информатики, пишет о «спутанности» квантовых систем, характеризующейся тем, что «Полное знание о состоянии всей системы не соответствует такому же полному знанию о состоянии ее частей». Это утверждение Шредингера означает, что в квантовом мире Целое больше суммы составляющих его частей.
Вместе с тем, идея превосходства Целого над суммой его частей появилась задолго до возникновения квантовой механики. Она присутствует в античной философии, одним из ее авторов был Аристотель.
К этому же выводу о превосходстве Целого над суммой частей, в анализе результатов двухщелевого эксперимента приходит и Р. Фейнман, показавший, что интерференция электронов, в которой проецируется целостная картина квантового мира, в своем информационном описании не складывается из суммы электронов, которые были излучены перед экраном с двумя щелями, но превосходит эту сумму.
Таким образом, казалось бы, квантовая информатика, приблизившись к глубочайшим философским основам вселенского бытия, наконец, должна решить те вечные проблемы, над которыми многие века упорно, но безрезультатно бились лучшие умы человечества. Однако, рассматривая официально сформулированные перспективы квантового компьютера, можно с удивлением обнаружить, что его применение находится чрезвычайно далеко от решения вечных мировоззренческих проблем и ограниченно лишь банальной криптографией - расшифровкой секретных кодов, для нахождения ключа к которым необходимо лишь перебрать большое количество вариантов чисел.
И хотя квантовая информатика за долгие годы своего абстрактного, теоретического существования постепенно родила вокруг себя собственную квантовую философию, близкую по духу буддизму, античной греческой философии и гегелевской диалектике, тем не менее, она так и не превратилась в официальную философскую систему, поскольку обещанный ею плод – квантовый компьютер, так до сих пор и не появился на свет.
Вместе с тем, двухщелевой квантовый эксперимент, так досконально описанный и интерпретированный Р. Фейнманом, позволяет найти ответ на трудный вопрос о будущей судьбе квантового компьютера.

               2

Описание двухщелевого эксперимента Р. Фейнман начинает с воспроизведения классической динамики дискретных материальных предметов. Этими предметами являются пули, выпущенные из пулемета, прошедшие через два попеременно открываемые, а затем одновременно открытые отверстия в бронированном экране и оставившие свои следы в ящике с песком, установленным за экраном. В пояснениях к этому эксперименту Р. Фейнман пишет, что пули обладают дискретной энергией и оставляют за экраном дискретные, доступные подсчету следы. Эти точечные следы и являются локальными единицами информации, характеризующими динамику пуль.
Естественно, что при стабильных условиях стрельбы через попеременно открываемые  отверстия за одинаковое время проходит одинаковое количество пуль, а при двух одновременно открытых отверстиях количество прошедших через них пуль равно сумме пуль, прошедших за то же время через одно и через второе попеременно открываемые отверстия.  
Затем Р. Фейнман рисует графический образ распределения пуль в пространстве за экраном. Этот образ имеет форму волны, которая могла бы появиться, если бы за бронированным экраном с отверстиями была бы установлена доска, в которой застревали бы пули.
В случаях с попеременно открываемыми отверстиями, волна, отражающая распределения пуль за экраном имеет только один гребень, максимальная амплитуда которого указывает на максимальное количество следов пуль, оказавшихся в области пространства, располагающимся непосредственно за отверстием в экране.    
При двух открытых отверстиях, волна, отражающая распределение следов пуль за экраном имеет два гребня, которые можно представить в виде суммы, возникающей при сложении графиков распределения пуль, проходящих через экран при одном и при другом попеременно открываемых отверстиях. Максимумы этих гребней также проецируются в пространстве, располагающемся непосредственно за открытыми отверстиями, а минимумы - на периферии от отверстий.  
Главный вывод, который делается по результатам данного эксперимента, состоит в том, что общее количество следов пуль за экраном при двух  открытых отверстиях равно количеству пуль, выпущенных из пулемета стоящего перед экраном. Это значит, что количество выпущенных пуль и количество их следов за экраном совпадают.
Эту ситуацию, когда сложение элементов информации приводит к появлению лишь их арифметической суммы, но не превышает ее, Р. Фейнман называет «отсутствие интерференции».        

            3

Следующий эксперимент Р. Фейнман проводит с волнами воды. Он описывает небольшой бассейн, перегороженный экраном, имеющим два отверстия. В этот бассейн Р. Фейнман опускает палец и начинает совершать им колебательные движения, вызывавшие в воде волны, проходящие через отверстия в экране и распространяющиеся за ним.
В качестве индикатора волнения Р. Фейнман использует поплавок, по движению которого он определяет величину волнения воды за экраном при первом открытом отверстии, затем при втором открытом отверстии и, наконец, при обоих отрытых отверстиях. После этого он приводит графики интенсивности волнения при первом, втором и обоих открытых отверстиях.
В случае с попеременно открываемыми отверстиями, когда волны воды проходят лишь через одно из них, график интенсивности волнения за экраном полностью повторяет график распределения за экраном пуль, так же проходящих только через одно открытое отверстие в экране. Этот график представляет собой волну с одним гребнем, максимум амплитуды которой проецируется в пространстве располагающимся против отверстия, через которое прошли пули или волны воды.
Однако график интенсивности волнения воды за экраном при двух открытых отверстиях оказывается принципиально отличным от графика распределения пуль за экраном так же при двух открытых отверстиях.
Если график распределения пуль при двух открытых отверстиях представляет волну с двумя гребнями, являющую собой сумму волн, отражающих распределение пуль при попеременно открываемом одном и другом отверстии, то суммарный график интенсивности волнения воды за экраном при двух открытых отверстиях представляет собой волну с множеством гребней, количество которых превышает сумму волн, отражающих интенсивность волнения за экраном при одном или другом попеременно открываемом окне.
Это превышение интенсивности волнения за экраном при двух открытых отверстиях над суммой интенсивностей волнений, возникающих при одном или другом попеременно открываемом отверстии, Р. Фейнман называет интерференцией. Он так пишет по этому поводу: «В физике возможна такая интерференция, в результате которой суммарное волнение оказывается сильнее индивидуальных». Это значит, что данное суммарное волнение образуется не сложением составляющих его частей - индивидуальных волнений, возникающих при прохождении волн через попеременно открытое одно или другое отверстие, но, согласно пояснениям Р. Фейнмана, формируется процедурой возведения суммы амплитуд накладывающихся волн в квадрат.
Также это означает, что при двух открытых отверстиях интенсивность волнения воды за экраном превышает интенсивность волнения воды, вызванного движением пальца Р. Фейнмана перед экраном.
Далее Р. Фейнман приводит физическое обоснование феномена интерференции, величина волнения которого превосходит сумму величин формирующих его волнений, которая складывается из волн, одновременно проходящих через одно и через другое отверстие, а затем, за экраном встречающихся вместе и образующих новое волнение, превышающее по интенсивности сумму интенсивностей формирующих его волн.  
Физическое обоснование Р. Фейнманом феномена интерференции состоит в том, что накладывающиеся при встрече волны, либо гасят друг друга, либо увеличивают амплитуду друг друга, образуя волны с удвоенной амплитудой. Однако в каждом отдельном случае взаимодействия волн, их общая амплитуда не превышает сумму их амплитуд до взаимодействия. Поэтому данное индивидуальное наложение волн оказывается недостаточным для возникновения интерференции, в процессе которой величина общего волнения превосходит сумму составляющих его индивидуальных волнений. Поэтому Р. Фейнман приводит еще один механизм, который в совокупности с первым, ведет к интерференции: «Если сдвинуться от центра еще дальше, наступает момент, когда запаздывание между волнами из двух источников таково, что гребни обеих волн попадают в нашу точку одновременно, хотя один из этих гребней и принадлежит на самом деле следующей по порядку волне».
Это значит, что для появления интерференции нужно не только наложение волн и возникающее в результате этого наложения увеличение их амплитуды, но также необходимо и образование новых волн, возникающих при многократном взаимодействии формирующих интерференцию волн друг с другом. О появлении этих новых волн при наложении волн разных порядков и говорит в своем объяснении интерференции Р. Фейнман.
Эти новые волны, возникающие при наложении когерентных волновых потоков, и формируют интерференционную картину, которая доступна наблюдению и представляет собой сложнейший волновой лабиринт, информационно превышающий величину арифметического сложения наложившихся волн. Эти новые волны видны и на графике Р. Фейнмана, отражающем волнение воды при двух открытых отверстиях. Этот график, как уже говорилось выше, состоит не из двух гребней волн, являющихся суммой сложения единичных гребней распределения интенсивности волнения воды, при одном и другом, попеременно открываемом отверстии, но содержит в себе множество гребней, количество которых превосходит эту сумму.        

            4

Чрезвычайно важная особенность описания Р. Фейнманом двухщелевого эксперимента состоит в том, что в процессе своего повествования он пытается превратить течение описываемых событий из наглядного, наблюдаемого процесса в процесс абстрактный и не наблюдаемый. Поэтому, если динамика пуль, проходящих через отверстия в экране, в описании Р. Фейнмана еще сохраняет свою наблюдаемость, то динамика волн уже описывается им, как процесс в полной мере не доступный наблюдению. Вот что он пишет по этому поводу: «Мы измеряем интенсивность волнения, или энергию колебания пробки, и если волнение очень слабое, если я только слегка болтаю пальцем, то пробка будет колебаться еле-еле. Но при любой величине колебаний пропорциональность сохраняется. Колебания пробки могут быть любыми – они не увеличиваются дискретными порциями, и здесь нельзя сказать, что, либо они есть, либо их нет».
В этом утверждении речь идет о том, что поскольку интенсивность волнения воды не меняется дискретными порциями, то постепенное уменьшение интенсивности волнения может привести к тому, что волны станут настолько малыми, что перестанут фиксироваться поплавком, и тогда нельзя будет сказать, есть ли они или нет. А поскольку, согласно данной формулировке, наличие волн может быть неотличимо от их отсутствия, то сосчитать волны, возникающие в данном эксперименте, оказывается невозможным. Поэтому из них, как из первичных элементов информации, уже нельзя будет составить зримую картину интерференции и потому утверждать, что интерференция может быть полностью наблюдаема и информационно описуема.  
Однако подобная трактовка интерференции, говорящая о ее ненаблюдаемости является весьма странной и двусмысленной, поскольку Р. Фейнман в своем описании двухщелевого эксперимента организует его так, чтобы все происходящие в нем события все-таки были наблюдаемыми. Для этого он и кладет на воду пробку, чтобы с ее помощью определять величину колебаний воды, которые и рождают интерференцию.
При этом, пробка обладает массой, а потому и инертностью. Поэтому, не всякая волна сдвинет ее с места. Кроме того, вода обладает определенной вязкостью и потому не каждое колебания пальца в бассейне сможет создать волну, которая поднимет пробку. В связи с этим, волны, фиксируемые пробкой, безусловно, обладают определенной дискретностью, которая связана, как с собственными инерционными характеристиками, лежащей на воде пробки, так и с вязкостью самой воды. Именно эта дискретность волн и позволяет отличить наличие волны от ее отсутствия, а потому сосчитать количество волн, появляющихся в волновом эксперименте при попеременно и одновременно открываемых отверстиях точно так же, как в эксперименте с пулеметом можно было сосчитать количество выпущенных им пуль, а так же количество следов этих пуль за экраном.
Кроме того, само понятие интерференции, в той трактовке, которую дает ей Р. Фейнман, так же связано с подсчетом количества волн, поскольку в процессе интерференции, при встрече двух волновых потоков появляются новые волны, возникающие в результате их не однократного, но многократного наложения.
При этом, если две волны, не обладающие энергией, позволяющей им быть зафиксированными поплавком, и оттого, словно бы не существующие для наблюдателя, наложатся друг на друга, то их суммарная амплитуда превысит тот дискретный предел, за которым они начинают фиксироваться поплавком, и тогда они поднимут поплавок, а оттого, сами словно бы появятся из небытия, увеличив тем самым количество наблюдаемых волн, которые и рождают интерференцию.
Именно это появление новых волн, как элементов новой информации, количество единиц которой связано не только с источником информации – колеблющимся пальцем в воде, но и определяется динамикой уже вызванных волн, являющейся динамикой самой информации, в процессе которой рождаются новые волны, впоследствии окажется чрезвычайно важным обстоятельством в интерпретации интерференции электронов.
Однако Р. Фейнман своим отрицанием дискретности волн и утверждением ненаблюдаемости интерференции,  заранее отвергает возможность такой интерпретации двухщелевого эксперимента, согласно которой единицы информации - волны в своей динамике могут рождать новые единицы информации - новые волны. Поэтому он и отказывается считать волны, заменяя их возрастающее количество возрастающей интенсивностью волнения, тем самым прекращая информационное описание эксперимента, переводя его в формально-математическое описание, в котором уже нет прежних, отдельных волновых, формирующих интерференционную картину, информационных элементов. Вот что сам он пишет по этому поводу: «Итак, мы собираемся измерять интенсивность волнения, или точнее говоря, энергию генерируемую волнением в некоторой точке. Так как же меняется эта интенсивность, которую я стану обозначать I12, чтобы постоянно напоминать вам, что речь идет именно об интенсивности, а не о числе каких-то частиц», подразумевая под частицами дискретные элементы информации – сначала дискретные пули, а затем и дискретные волны, формирующие зримую интерференционную картину.          
Таким образом, предлагаемое Р. Фейнманом описание волнового процесса через его интенсивность или энергию волнения в определенной точке, уничтожает зримый образ интерференции, представляющий собой сложнейший, состоящий из множества волновых элементов лабиринт, который теперь заменяется лишь неким абстрактным числом (величиной интенсивности волнения), напрямую не раскрывающим количество и конфигурацию волн, необходимых для формирования появляющейся в бассейне с водой  интерференционной картины.  При этом, принципиальным недостатком подобного описания интерференции является исчезновение при его использовании различия между волновым процессом, идущим в бассейне с водой и формирующим в нем интерференционную картину, и волновым графиком распределения пуль в ящике с песком, в котором интерференции не обнаруживается.
С позиции Фейнмана, разница между этими двумя волновыми процессами, которые он описывает в ходе двухщелевого эксперимента, состоит в том, что интерферирующее волнение воды обладает большей интенсивностью, а не интерферирующее волнение, отражающее распределение пуль в ящике с пеком, обладает меньшей интенсивностью. Никаких иных отличий кроме количественной разности интенсивности этих двух волновых процессов Р. Фейнман не видит.
Однако между интерферирующим волнением воды и не интерферирующим волновым распределением пуль в песке существует не только количественное, но и принципиальное качественное различие, являющееся чрезвычайно важным для дальнейшего понимания интерференции электронов. Это качественное различие между волновым распределением пуль и волновым процессом, идущим в бассейне с водой, выясняется при анализе волнового движения, который приводит А. Эйнштейн в своей книге «Эволюция физики»: «Частицы, составляющие среду, проделывают лишь малые колебания, но движение в целом – это движение поступательной волны. Существенно новым здесь является то, что впервые мы рассматриваем движение чего-то, что есть не вещество, а энергия, распространяющаяся в веществе». И далее Эйнштейн еще раз уточняет эту позицию: «Уже было подчеркнуто, что мы должны отличать друг от друга движение частиц и движение самой волны, которая является состоянием среды». И далее: «Волны, распространяющиеся на поверхности воды, поперечны. Плавающая пробка движется вверх и вниз, а волна распространяется вдоль горизонтальной плоскости».
Таким образом, истинный, а потому реальный волновой процесс складывается из двух составляющих: локальных, амплитудных колебаний точек среды вокруг состояния равновесия и нелокального волнового движения энергии, распространяющейся в осциллирующей среде. Это нелокальное волновое движение энергии и создает интерференцию, которая возникает при многократном наложении друг на друга уже существующих волн, создавая в этом наложении новые волны, рожденные, таким образом, не только источником волн, но и специфической геометрией их распространения, позволяющей самим волнам рождать новые волны.
При этом, в эксперименте с  пулями, нарисованная Р. Фейнманом волна их распределения за экраном не является нелокальной формой движения энергии. Эта волна отражает лишь распределение отдельных пуль, подобных локальным точкам, колеблющимся вокруг состояния равновесия – геометрического центра пространства за отверстием в экране. Поэтому данная волна не движется, а оттого и не обладает нелокальными энергетическими характеристиками физической волны, и потому не может интерферировать. Тем более, что и сами пули за экраном, чье распределение данная волна отражает, так же являются неподвижными. Поэтому неподвижная волна, отражающая их неподвижное распределение, и не способна к интерференции, в ходе которой происходит многократное наложение друг на друга движущихся волн.
Волны же воды – это движущиеся волны. Они, в отличие от волн, описывающих распределение пуль за экраном, обладают локальными и нелокальными компонентами своего движения и оттого они способны к интерференции. Поэтому волны воды, в отличие от волн распределения пуль, являются истинными волнами. Главным критерием их истинности и является их способность к интерференции.
Что же касается волн распределения пуль за экраном, то поскольку они не интерферируют, они оказываются псевдоволнами.
Таким образом, логика двухщелевого квантового эксперимента явно указывает на то, что любой объект, способный к интерференции является волной, а объект, похожий на волну, и даже наблюдаемый в виде волны, но при этом, к интерференции не способный, в физическом смысле, волной не является.
Однако Р. Фейнман никаких различий между волнами и псевдоволнами, увы, не видит, что в дальнейшем и определяет специфику его интерпретации данного двухщелевого эксперимента.  
« Последнее редактирование: 19 Июля 2014, 22:47:51 от pocak » Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #1 : 19 Июля 2014, 21:07:43 »

            5
  
После проведения эксперимента с волнами, Р. Фейнман переходит к эксперименту с электронами. Источником электронов в эксперименте является накаленная нить, непроницаемым экраном – вольфрамовая пластина с двумя отверстиями, а в качестве расположенного за экраном регистратора электронов он использует чувствительный к электрическим зарядам детектор, соединенный с акустической системой, отвечающей щелчком на каждый дискретный электрический стимул, вызванный попаданием в детектор электрона.
Во время эксперимента испускаемые электроны проходят сначала через попеременно открываемые отверстия, а затем через оба отрытых отверстия. Их появление за экраном фиксируется щелками регистратора.
Естественно, что количество зарегистрированных электронов, прошедших через одно и через другое попеременно открываемые отверстия,  при одинаковых условиях их излучения оказывается равным. Так же одинаковыми оказываются и графики распределения следов электронов в пространстве за экраном. Они повторяют график распределения следов пуль и интенсивности волн, так же прошедших через одно отверстие в экране.
Затем в экране открываются два отверстия одновременно, и эксперимент проводится снова. Однако при двух открытых отверстиях, оказывается, что количество следов электронов за экраном, фиксируемых в виде щелчков регистратора, оказывается большим, чем сумма следов электронов появившихся при попеременно открываемых то одном, то другом отверстии, хотя условия излучения электронов остаются прежними.
Это означает, что за экраном при открытии двух отверстий электронов фиксируется больше, чем их было излучено перед экраном, подобно тому, как при двух открытых отверстиях в экране, находящимся в бассейне с водой, волн за экраном оказывается больше, чем волн перед экраном. Это увеличение количества волн, возникающее после их прохождения через два одновременно открытых отверстия в экране, и формирует феномен интерференции. Так и увеличение количества электронов после их прохождения через два одновременно открытых отверстия в экране, по аналогии с волнами, так же позволяет говорить об их интерференции. Однако поскольку электрон излучается перед экраном и фиксируется за экраном, как дискретная частица, но интерферирует, как волна, то это позволяет Р. Фейнману говорить о том, что «с одной точки зрения электрон ведет себя как частица, а с другой – как волна». Поэтому интерференция в данном случае отражает волновую природу электрона. Однако этот ответ для Фейнмана оказывается неприемлемым, поскольку он не раскрывает  механизма увеличения количества электронов за экраном.  
Это значит, что в эксперименте с волнами, увеличение их количества при интерференции является понятным, и Фейнман сам пишет о том, что разделенные отверстиями экрана волны, встречаясь вновь, многократно взаимодействуют друг с другом, рождая, таким образом, новые волны, которые и образуют интерференцию.
Однако появление новых электронов, при прохождении их через два одновременно открытых отверстия, оказывается для Фейнмана совершенно необъяснимым, рождая в его сознании острейший когнитивный диссонанс, определяемый тем, что из излучателя перед экраном вылетел один электрон, а за экраном с двумя открытыми отверстиями их почему-то оказалось два...
Вот как он сам комментирует этот парадокс: «Кажется, если подумать хорошенько, всегда можно найти какое-нибудь объяснение: например, электроны могут возвращаться через те же отверстия, а затем проходить через них еще раз, или с ними происходит какой-нибудь другой сложный процесс, или возникает возможность расщепления электрона на два, пролетающих через разные отверстия, или что-нибудь в этом роде, как-то объясняющее это явление. Но пока еще никому не удалось придумать удовлетворительное объяснение такого рода, потому что конечный вид математических закономерностей очень уже прост (суммарная кривая получается уж очень простой)».

         6

 Пытаясь смоделировать процесс возникновения интерференции  электронов, которые по убеждению Р. Фейнмана могут проходить либо через одно, либо через другое отверстие в экране, он в своей интерпретации двухщелевого эксперимента уподобляет их движение движению пуль. Для этого, он предлагает рассматривать кривую распределения следов электронов за экраном, представляющую собой волну со многими гребнями, указывающими на наличие интерференции, не как кривую характеризующую энергию движения электронных волн, подобно тому, как прежде рассматривалась графическая кривая, отражающая интерферирующее волнение воды, но как кривую, отражающую вероятность попадания электронов в детектор за экраном. Он так объясняет эту замену: «Чему же соответствует эта кривая? Не энергии заключенной в волнении, а вероятности попадания одной из этих порций (имеются ввиду дискретные электроны) в детектор».
Однако эта замена значения энергии волнения вероятностью попадания дискретных электронов в детектор не является корректной, поскольку устранение волновой составляющей из движения электронов делает совершенно невозможным сам процесс их интерференции, как невозможна была интерференция и при движении пуль, которые так же не обладали никакими волновыми характеристиками.
При этом, движение воды в бассейне, являясь волновым процессом, оказывается способным к интерференции, которая возникает лишь потому, что движущиеся волны воды в многократно накладываются друг на друга и образуют новые волны. Это значит, что новые волны возникают не только в связи с действием источника волн – колеблющегося в воде пальца Р. Фейнмана, но и в результате динамики самих уже появившихся волн.
Таким образом, появление новых волн, вызывающих интерференцию, оказывается неотделимо от самого разделенного двумя отверстиями, а затем вновь объединенного волнового процесса, обладающего целостной, но увеличивающейся при интерференции энергией. Поэтому без учета этой возрастающей энергии волнового процесса, никаких вызывающих интерференцию новых дискретных волн за экраном появиться не может. Так же без этой возрастающей энергии волнения за экраном не может появиться и никаких новых электронов, возникающих там лишь так же в результате интерференции. И тем не менее, в своей интерпретации двухщелевого эксперимента с электронами, Р. Фейнман игнорирует возрастающую волновую энергию их движения.  
Таким образом, в описании двухщелевого эксперимента, Р. Фейнман осуществляет две чрезвычайно важные логические замены. Сначала он заменяет зримый образ интерференции, формируемый движущимися и многократно накладывающимися друг на друга реальными, дискретными волнами воды, количественным значением возрастающей в результате интерференции энергии ее волнения, которая выражается лишь абстрактным числом. А затем, уже в эксперименте с электронами он меняет происхождение этого числа, превращая его из, хотя и абстрактной характеристики волнового процесса, в характеристику вероятности попадания в детектор дискретных электронов, таким образом, лишая динамику электронов реальных признаков волнового движения, тем самым делая либо невозможной, либо абсолютно непонятной саму их интерференцию. Поэтому для того, чтобы выйти из этой противоречивой ситуации, согласно которой, с одной стороны интерференция существует, но с другой стороны объяснить ее нет никакой возможности, Р. Фейнман пытается восстановить наблюдаемость эксперимента, осветив его пространство в надежде увидеть, что же происходит с движущимися через отверстия в экране электронами на самом деле.
Однако как только он включает свет, интерференция исчезает.
Но и этот феномен исчезновения интерференции при освещении, Р. Фейнман рассматривает лишь в контексте корпускулярной динамики электрона, лишенной каких-либо волновых характеристик. Поэтому  объясняя исчезновение интерференции под действием света, он сравнивает электрон с бейсбольным мячом: «Электроны очень чувствительны. Когда вы смотрите на бейсбольный мяч и видите, как он сверкает на солнце, это ничего не значит, его траектория от этого не меняется. Но если свет падает на электрон, он сталкивает его с пути, и вместо того, чтобы делать одно, электрон делает совсем другое».
При этом, Р. Фейнман не рассматривает иной вариант взаимодействия света и электронов, при котором волны света контактируя с электронными волнами меняют их частотные характеристики, нарушая их когерентность по отношению друг другу и тем самым блокируя возможность их интерференции.  
            
7

Пытаясь разрешить логический конфликт феномена интерференции электронов, связанный с тем, что интерференция возможна лишь для волн, проходящих через два отверстия в экране, а электроны, трактуются Р. Фейнманом, как дискретные корпускулы (подобные бейсбольному мячу), которые могут пройти лишь через одно отверстие, Р. Фейнман объединяет эти противоречивые условия общим законом, который представляется ему аналогом уже сформулированного В. Гейзенбергом принципа квантовой неопределенности. Предлагая свою формулировку принципа неопределенности, Фейнман пишет о том, что «Гейзенберг сформулировал его по другому, но обе формулировки эквивалентны и от одной можно перейти к другой». Сама же формулировка принципа неопределенности Р. Фейнмана выглядит следующим образом: «Нельзя сконструировать какой-либо прибор, при помощи которого можно было бы определить, через какое отверстие пролетит электрон, не изменив при этом его движения настолько, что это разрушит интерференционную картину».
Этот выдвинутый Р. Фейнманом принцип отражает совершенно новый, прежде неведомый науке подход в описании реальности. Это значит, что если в прежней, традиционной, классической физике, любое необъяснимое событие считалось невозможным, то есть ему нельзя было приписать предикат бытия, то в новой квантовой логике, которую использует Р. Фейнман для обоснования необъяснимой для него интерференции электронов, любое необъяснимое событие является невозможным, то есть не существующим, лишь при попытке его объяснения или, что то же самое, наблюдения. Однако вне этих попыток данное необъяснимое и ненаблюдаемое событие считается существующим, то есть обладает бытием просто потому, что оно действительно имеет место быть.    
Эта новая концепция объяснения необъяснимых явлений, когда сама необъяснимость из гносеологической проблемы превращается в проблему бытийную, еще до Фейнмана была использована отцами основателями квантовой физики, вынужденными объяснять необъяснимые с позиций классической науки факт устойчивости планетарной модели атома и корпускулярно – волновой дуализм квантовых систем. Поэтому Фейнман в процессе своей интерпретации интерференции электронов лишь повторяет логику своих научных предшественников, которая в своем историческом развитии имеет два совершенно очевидных этапа.  
На первом этапе логического моделирования таинственного и необъяснимого квантового мира, необъяснимость и ненаблюдаемость квантовых процессов связывалась с несовершенством наблюдательной аппаратуры, которая из-за своих недостаточных технических характеристик не позволяла человеку увидеть, что же происходит с квантовыми объектами на самом деле, а потому и сформулировать на основании этих наблюдений свое естественное, очевидное, классическое объяснение наблюдаемых событий. Р. Фейнман проходит этот этап, когда связывает необъяснимость интерференции с ее ненаблюдаемостью, определяемой разрушительным влиянием на нее наблюдательного прибора, блокирующего ее возникновение. Обосновывая эту мысль он ссылается на своего предшественника В. Гейзенберга: «Когда Гейзенберг открывал законы квантовой механики, он заметил, что новые законы оказываются непротиворечивыми только в том случае, если можно принять, что наши экспериментальные возможности принципиально ограничены некоторым образом, хотя мы и не замечали этого ранее. Другими словами в эксперименте нельзя добиться сколь угодно большой чувствительности [аппаратуры]».
Затем на смену первому этапу моделирования необъяснимой квантовой реальности приходит второй, согласно которому проблеме необъяснимости квантовых процессов приписываются уже не гносеологические, но бытийные характеристики. Это значит, что ненаблюдаемость и необъяснимость квантовой динамики больше не связывается с несовершенным процессом наблюдения человека за квантовым миром, а начинает приписываться самому квантовому миру в качестве его собственных бытийных характеристик. Эта замена в истории квантовой физики первоначально произошла в работах В. Гейзенберга. Так в процессе формулировки принципа неопределенности он сначала пользовался мысленным экспериментом с гамма-микроскопом, ограниченные оптические возможности которого не давали в полной мере наблюдать за событиями, происходящими в квантовом мире. Однако, когда на основании несовершенства микроскопа было сформулировано математическое соотношение неопределенностей, то оно уже связывалось не с микроскопом, но приписывалось самому квантовому миру, в котором нельзя одновременно и точно определить скорость и координаты частицы уже безотносительно от чувствительности прибора с помощью которого ведется наблюдение.
Той же самой квантовой логикой в объяснении интерференции электронов пользуется и Р. Фейнман. Сначала он говорит о том, что именно с воздействием наблюдательного прибора на динамику электронов связано то обстоятельство, что электроны фиксируются этим прибором проходящими либо через одно, либо через другое отверстие в экране и потому интерференция не возникает. Оттого в его формулировке принципа неопределенности присутствует прибор.  
Однако затем, Р. Фейнман, следуя своему предшественнику Гейзенбергу, выводит прибор из своих логических построений, приписывая необъяснимость интерференции уже самой природе квантового мира: «Предположим, я так организовал мой эксперимент, что при выключенном свете наблюдается интерференционная картина. Тогда я могу сказать, что даже включив свет, я не смогу предсказать, через какое отверстие пролетит электрон. Я знаю только, что каждый раз, когда я увижу его, он будет либо в одном отверстии, либо в другом, но предсказать в каком именно, заранее невозможно».
Таким образом, ненаблюдаемость, непредстказуемость и классическая необъяснимость феномена интерференции электронов, как и прежде, на заре формирования квантовой теории, в описании Р. Фейнмана постепенно из гносеологической проблемы превращается в отнологическую проблему, более не связанную с наблюдением, но определяемую самой сущностью квантового мира, который является вероятностной реальностью, в принципе, допускающей любые события: «Вероятность лежит в основе всего, и подсчет шансов начинается уже с фундаментальных законов физики».
Однако, зафиксировав вероятностность квантового мира в виде его неоспоримой основы, Р. Фейнман, затем, тем не менее, вновь возвращается к прежней, давней, традиционной форме описания интерференции, которая в классической физике всегда рассматривалась, как результат волнового процесса. Правда это классическое описание Р. Фейнманом процесса возникновения интерференции имеет одну существенную особенность – в нем никогда и нигде не произносится слово «волна», хотя оно постоянно подразумевается.
Описание волновой динамики электронов, которая только и способна объяснить их интерференцию начинается с заявления Р. Фейнмана о том, что «Исходить из того, что электрон пролетает либо через одно отверстие, либо через другое, когда вы этого не видите, значило бы основывать свои предсказания на ошибочной предпосылке» - что означает, что электрон все-таки, проходит через два отверстия в экране, подобно тому, как проходит через два отверстия интерферирующая за экраном волна. Но поскольку в своем описании интерферирующей динамики электронов Р. Фейнман не может произнести слова волна, он заменяет его выражением «амплитуда вероятности», которое связано с волной тем обстоятельством, что амплитуда является характеристикой колебательного волнового процесса. И далее, эта являющаяся волной амплитуда вероятности кладется им в основу не только его интерпретации двухщелевого эксперимента, но и всей логики появившейся из его работ квантовой информатики. Эта волновая логика формулируется Р. Фейнманом следующим образом: «Вероятность любого события в идеальном эксперименте – т.е. эксперименте, где все определено настолько точно, насколько это возможно – равна квадрату некоторой другой величины «а», которую мы называем амплитудой вероятности. Если это событие может происходить в некоторых взаимоисключающих вариантах, то амплитуда вероятности «а» получается как сумма значений «а» для каждого из возможных вариантов (альтернатив). Но если в нашем эксперименте можно выяснить каждый раз, в каком именно варианте произошло событие, вероятность события меняется: теперь это просто сумма вероятностей каждого из вариантов. Другими словами, интерференция уничтожается».
В этом, на первый взгляд, трудном для понимания выражении заключена вся суть квантовой информатики, которая состоит в следующем: Истинной формой существования квантового мира, которая в формулировке Р. Фейнмана именуется, как «любое событие», то есть - событие в своем самом общем и истинном виде, является интерференция, поскольку это событие описывается квадратом амплитуды вероятности его возникновения, подобно тому, как интерференция в водной волновой среде описывается через интенсивность волнения, численно равной квадрату суммы амплитуд накладывающихся при интерференции волн. Эту форму описания интерференции Р. Фейнман прежде использовал для описания интерференции волн воды, проходящих через два отверстия в экране и интерферирующих за экраном. Поэтому и в его описании вероятности возникновения «любого события», под которым подразумевается интерференция, определяется совмещением его двух альтернативных состояний, которые соответствуют двум разделенным непроницаемым экраном волновым потокам, проходящим через два отверстия экране и интерферирующих за ним, рождая волнение, интенсивность которого определяется квадратом суммы амплитуд накладывающихся друг на друга волн.
Таким образом, именно квадрат суммы альтернатив и формирует это фейнмановское «любое событие», которое в силу математической логики своего появления ничем кроме интерференции быть не может.
Поэтому дальше Р. Фейнман совершенно справедливо заявляет о том, что если мы попытаемся рассмотреть одно из этих альтернативных состояний в отрыве от другого, то есть захотим увидеть интерференцию лишь в связи с прохождением волнового потока либо через одно, либо через другое отверстие, закрывая при этом альтернативное отверстие, то, естественно, что в этом случае общая картина будет описываться лишь суммой амплитуд этих потоков, которые более не смогут взаимодействовать, а потому не создадут волнения, интенсивность которого будет равна квадрату суммы амплитуд накладывающихся волн. Поэтому в данном случае никакой интерференции не будет.
Таким образом, логика квантовой информатики и логика возникновения интерференции в любом волновом физическом процессе в своем принципиальном виде ничем не отличаются друг от друга. Это совпадение, хотя и завуалировано, но при этом совершенно ясно и отчетливо приводится в следующих словах Р. Фейнмана: «Действительно невозможно, не разрушая интерференцию узнать через какое отверстие пролетел электрон». В этом заявлении, действительно, присутствует глубочайшая истина, впрочем, связанная вовсе не с эфемерностью и вероятностностью квантового мира, но с законами классической физической реальности, потому что действительно, если электрон пролетит лишь через одно отверстие, то, независимо оттого, узнает  ли об этом наблюдатель или нет, интерференции не будет. Поэтому пафос, который присутствует в реакции Р. Фейнмана на исчезновение интерференции, при фиксации электрона лишь в одном отверстии: «Но остается нерешенным вопрос, а как же так получается? Каким образом все так выходит? К сожалению этого никто не знает», оказывается совершенно неуместным.  
« Последнее редактирование: 20 Июля 2014, 00:03:22 от pocak » Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #2 : 19 Июля 2014, 21:09:41 »

            8

Идея ненаблюдаемости, неописуемости, а потому и непознаваемости квантового мира рождает в сознании квантовых теоретиков чувство неизмеримой гордости от возможности прикосновения к вечной вселенской тайне, чье мрачное величие неизбежно проецируется и на личности самих слуг и охранников этой тайны. Эта гордость звучит, например, в словах Л. Ландау, говорившего о том, что «в теоретической физике нам удается объяснить то, что мы не можем себе представить».
Эта же гордость от прикосновения к не разрешимой тайне бытия звучит и в словах Р. Фейнмана, которыми он завершает интерпретацию двухщелевого квантового  эксперимента: «Один философ сказал: Для самого существования науки совершенно необходимо, чтобы в одних и тех же условиях всегда получались одни и те же результаты. Так вот этого не получается. Вы сможете точно воспроизвести все условия, и все-таки вы не сможете точно сказать, в каком отверстии вы увидите электрон. Тем не менее, несмотря на это, наука жива, хотя в одних и тех же условиях не всегда получаются одни и те же результаты» [-\-] «Поэтому в действительности для самого существования науки совершенно необходимо вот что – светлые умы, не требующие от природы, чтобы она удовлетворяла каким-то заранее придуманным условиям, как того требует наш философ».      
Однако по поводу этого гордого квантового агностицизма существует и иная точка зрения. Она принадлежит А.Эйнштейну, предложившему гносеологический алгоритм, определяющий стратегический путь решения научных проблем. Этот алгоритм звучит следующим образом: «Для того, чтобы решить проблему, нужно подняться на более высокий уровень сознания, нежели тот, на котором эта проблема была сформулирована».
Логика этого алгоритма по своей сути повторяет логику событий двухщелевого квантового эксперимента, в котором разделенная реальность, представляющая сумму собственных частей, вдруг, словно бы, поднимаясь на какой-то иной, более высший уровень бытия, превращается в целое, превосходящее эту сумму.
Чтобы понять характер этого превращения, человеческое сознание, по мнению Эйнштейна должно в себе самом проделать этот же путь. Это значит, что все научные проблемы, с которыми сталкивается человек, возникают на том уровне его сознания, в котором реальность представляется ему лишь банальной суммой ее частей, подобно тому, как в математике 2 + 2 всегда равняется 4. В этом описании не может быть никакой интерференции, как не может быть ее и при банальном сложении частей реальности, которые в квантовой информатике именуются ее альтернативными состояниями.
Однако процесс превращения суммы частей реальности в превышающий эту сумму интерферирующий образ становится для человека понятным и очевидным лишь тогда, когда в своем сознании он также поднимается на иной, более высший уровень своего мировосприятия, на котором этот интерферирующий образ и обнаруживается.
Впрочем, этот перевод исследуемой физической реальности на новый, более высокий уровень миропонимания, осуществил не Эйнштейн, но Н. Бор, на определенном этапе свой научной деятельности вдруг увидевший квантовый мир совсем в ином свете, в котором он начал ассоциироваться у него с миром жизни (Н. Бор «Свет и жизнь», «Квантовая физика и биология» и т.д.).    
Так же и Э. Шредингер, интуитивно чувствуя глобальность законов квантовой механики, пытался обнаружить их и в мире жизни (Э. Шредингер «Что такое жизнь с точки зрения физики»), чтобы используя этот более высокий бытийный уровень, яснее понять, что же происходит в этом странном квантовом мире.
На этот же иной, более высший уровень бытия пытался поднять квантовый мир и сам Р. Фейнман, предложивший идею квантового компьютера, который помимо своего узкого утилитарного предназначения, связанного лишь с ускорением вычислительных процессов, очень быстро породил множество гуманитарных ассоциаций, далеко выходящих за границы физики, и связанных с надеждами человека с его помощью создать действующую модель своего собственного сознания, именуемую «квантовым сознанием».
Эти упования на квантовой компьютер, который должен выполнить глобальную миссию объединения физики и психики, спровоцированы еще и тем, что в его деятельности используется не однозначный язык математики, в котором 2 +2 всегда равно четырем, но многозначный и эфемерный язык кубитов, сложение которых рождает вовсе не их банальную арифметическую сумму, но что-то совсем иное, какую-то новую реальность, именуемую квантовой суперпозицией, которая по своей сути и является интерференцией, превосходящей сумму составляющих ее частей.
Крайняя важность этого, используемого в квантовой информатике нового, двойственного языка описания реальности, определяется тем, что этот язык чрезвычайно похож на обыденный язык человеческого общения, в котором череда первичных элементов информации - букв в процессе их использования так же рождает не их банальную арифметическую сумму, но иную реальность – слова, несущие в себе образы и смыслы, которые располагаются в иной области бытия, чем формирующие их буквы, подобно тому, как квантовая суперпозиция или квантовая интерференция располагаются в иной области бытия, чем формирующие их кубиты.
При этом, связь букв с кубитами состоит в следующем. Кубиты не обладают собственным, автономным, самостоятельным бытием. Они рождены попыткой человека представить целое – квантовую систему в виде совокупности ее частей (альтернативных состояний), арифметическая сумма которых этого целого не образует, но всегда оказывается меньше ее. При этом, в каждом кубите, участвующем в описании квантовой системы, раскрывается не только один вариант связи ее альтернативных состояний, но подразумевается также связь всех возможных вариантов альтернативных состояний данной системы, находящейся в процессе постоянного динамического становления. Поэтому данная система, превосходящая сумму составляющих ее кубитов, может меняться лишь посредством их изменений, в то время, как ее собственная целостность остается неизменной. Эта целостность и образует феномен квантовой суперпозиции или интерференции. Поэтому извлеченный из этой целостной суперпозиции кубит, количественно отражающий лишь один вариант связи альтернативных состояний постоянно эволюционирующей системы, ничего не скажет об ее общем состоянии, находящимся в процессе динамического становления и требующего для своего описания всей суперпозиции (интерференции) в целом.
Так же и буквы образующие слова, в которых раскрываются эстетические образы и смыслы, уже более не сводимые к самой банальной сумме букв, представляют собой уже совершенно иную, не количественную, не математическую, но эстетическую и семантическую реальность, принципиально отличную от суммы букв.
При этом, именно семантика целостного слова придает значение присутствующим в нем буквам, которые вне этого слова, как и вообще вне каких-либо слов, никакого собственного смысла, значения а потому и бытия не имеют, как не имеют его и отдельно взятые кубиты, вынутые из суперпозиции, определяющей бытие эволюционирующей квантовой системы, чью динамику можно сравнить с артикулируемым словом, смысл и значение которого в процессе этой артикуляции и появляются.
Единственное же возражение, возникающее при сравнении букв с кубитами состоит в том, что кубит – это двойственная единица информации,  количественно отражающая связь альтернативных состояний целостной системы. Буква же, на первый взгляд, этой двойственностью не обладает. Однако, это не так.
Двойственность букв, подобная двойственности кубитов, определяется их общим происхождением, связанным с разложением Целого, на составляющие его части, которые в своей сумме не образуют данного Целого. При этом, в человеческой культуре существуют две противоположные друг другу идеи происхождения букв в частности, и языка, в целом.
Первая идея механистическая и наукообразная. Она состоит в том, что буквы – это случайно выбранные звуки, чья механистическая совокупность образует слова, значение которых так же выбрано случайно и впоследствии закреплено их постоянным повторением.  
   Вторая идея, исторически гораздо древняя, чем первая. Она восходит к архаической религиозной мифологии, согласно которой появлению человеческого языка, состоящего из букв, предшествовала некая целостная динамика Вселенной, выраженная в определенной Тео и антропоморфной истории, впоследствии распавшейся на отдельные элементы – фразы, слова, буквы, которые стали использоваться людьми в качестве конструктора, позволяющего создать объединяющую их речевую коммуникацию. Поэтому человек мыслит и говорит не только в рамках этих образованных в результате распада глобальной исторической динамики Вселенной букв и слов, но и в рамках той целостной истории, которая в различных своих вариантах и модификациях формирует национальный менталитет, национальную культуру, национальную мифологию, а вместе с ними и сам национальный грамматический язык.
   Поэтому, если буквы появились в результате распада глобальной целостной системы - эволюционирующей Вселенной, динамика которой раскрывается, например, в библейской истории, впоследствии этими буквами и записанной, то естественно, что буквы, с одной стороны, оказываются единицами составляющими некую сумму – алфавит, но с другой стороны несут в себе характеристики всей той целостной Вселенной, из которой они произошли и которая в каждой из них обрела локальную проекцию своего нелокального бытия. Поэтому все они являются альтернативными состояниями этой Вселенной, образ которой собирается не неким их количеством, но сформированной из них осмысленной речью, содержание которой превосходит их арифметическую сумму. Оттого во всех древних языках буквы считались сакральными, как сакральными считались и сами, породившие их мифологические истории, в которых раскрывается динамика Вселенной. Поэтому буквы, являющиеся альтернативными частями некой целостной, прежде распавшейся семантической Вселенной, безусловно имеют двойственную природу, подобную двойственной природе кубитов.
   И тем не менее, буквы и кубиты в контексте их использования имеют одно очень важное отличие, которое состоит в том, что человек буквы, как элементы информации читает, а квантовый компьютер свою кубитную информацию считает. При этом, после прочтения, информационная суперпозиция (интерференция), раскрывающаяся в виде обладающей эстетикой и семантикой литературной истории, составленной из букв, слов и предложений, остается в человеческом сознании в своем полном, не сколлапсированном виде. Так же остается в человеческом сознании в своем полном, несколапсированном виде, составленное из подобных буквам нот – звуков, музыкального произведение.
После же компьютерного исчисления кубитов, информационная суперпозиция должна исчезнуть, превратясь в банальное число, что говорит о неадекватности и недоработанности самой теории квантовой информатики.

         9

А. Эйнштейн и Н. Бор в процессе осмысления основ физической реальности и поисков аналогий между миром физики и миром мышления и жизни, всегда подчеркивали, что мир жизни и мир человеческого сознания являются гораздо более сложными и многомерными, чем весьма «простой» физический мир. По этому поводу существует известное выражение Эйнштейна о том, что «Решение физических проблем — это детская игра по сравнению с научно-психологическими исследованиями детской игры».
   Так же и Н. Бор говорил о чрезвычайной сложности феномена жизни, которую следует учитывать в попытках создания ее физических описаний. Поэтому с одной стороны он в своих работах пытался свести биологию к физике, чувствуя их глубинную общую основу: «Само существование жизни должно рассматриваться в биологии, как элементарный факт, подобный тому, как в атомной физике существование кванта действия следует принимать за основной факт, который нельзя вывести из обычной механической физики»». (Н. Бор Свет и жизнь 1932). Однако с другой стороны Бор всегда настаивал на том, что биология гораздо сложнее физики и поэтому восхождение физики к биологии представляет собой восхождение науки на новый, иной, более высокий уровень понимания человеком глобального бытия: «Мы должны, однако, помнить, что в атомной физике и в биологии мы имеем дело с существенно различными проблемами. Если в первой области мы интересуемся прежде всего поведением материи в ее самых простых формах, то в биологии мы занимаемся материальными системами, сложность которых имеет фундаментальный характер» (Н. Бор «Свет и жизнь»).
Эта, по выражению Бора, «фундаментальная сложность» мира жизни по отношению к миру физики определяется интерференционными квантовыми процессами физической реальности, переводящими эту реальность на более высокий уровень бытия, превосходящий сумму составляющих его частей физической реальности. Об этом подъеме мира жизни над миром физики говорил и академик Гинзбург: “Мы полагаем в настоящее время, что знаем, из чего устроено все живое — из электронов, атомов и молекул. Знаем строение атомов и молекул, а также управляющие ими и излучением законы. Поэтому естественна гипотеза о редукции — возможности все живое объяснить на основе физики, уже известной физики. Конкретно, основными являются вопросы о происхождении жизни и появлении сознания (мышления). Образование в условиях, царивших на Земле несколько миллиардов лет назад, сложных органических молекул уже прослежено, понято и смоделировано. Казалось бы, переход от таких молекул и их комплексов к простейшим организмам, к их воспроизводству можно себе представить. Но здесь имеется какой-то скачок, фазовый переход. Проблема не решена, и я склонен думать, будет безоговорочно решена только после создания “жизни в пробирке”. (УФН 169 419 (1999).
    С этой же восходящей динамикой, имеющей в своей основе феномен интерференции, связан и процесс усложнения самого физического мира, в котором происходит восхождение от элементарных частиц к атомным ядрам, атомам, молекулам, которые несмотря на свой сложный состав, тем не менее, обладают характеристиками целостных систем, то есть квантовых суперпозиций, в которых словно бы нет никаких частей. Н. Бор пишет по этому поводу: «Действительно, мы должны сознаться, что у нас нет никаких оправданий даже для предположений о существовании внутри ядра частиц, освобождаемых при разрушении ядра» (Н. Бор «Захват нейтрона и строение ядра»).    
   Что же касается работ Фейнмана и его последователей, в которых были сформулированы основы квантовой информатики, то в этих работах происходит не восхождение физики к законам жизни и мышления, но, наоборот, осуществляется попытка низвести мышление до «простых» законов физики, лишающих информацию эстетики и семантики, которыми она обладает для воспринимающего ее человека, и которые мгновенно исчезают в примитивном квантовом компьютере, не способным сформировать ее интерферирующий образ, превосходящий сумму составляющих ее информационных единиц, но способный лишь считать эти единицы, получив в результате их неинтерферирующую сумму.  
Поэтому то, что получилось в результате долгой, протяженностью в несколько десятилетий работы физиков над фейнмановским квантовым компьютером, напоминает иллюстрацию самого Р. Фейнмана, которую он привел во время одного из своих публичных выступлений, посвященного определению сущности науки: «У тихоокеанских островитян есть религия самолетопоклонников. Во время войны они видели, как приземляются самолёты, полные всяких хороших вещей, и они хотят, чтобы так было и теперь. Поэтому они устроили что-то вроде взлётно-посадочных полос, по сторонам их разложили костры, построили деревянную хижину, в которой сидит человек с деревяшками в форме наушников на голове и бамбуковыми палочками, торчащими как антенны – он диспетчер, – и они ждут, когда прилетят самолёты. Они делают все правильно. По форме все верно. Все выглядит так же, как и раньше, но все это не действует. Самолёты не садятся. Я называю упомянутые науки науками самолетопоклонников...» (Р. Фейнман «Вы, конечно, шутите мистер Фейнман»)
Так и сама квантовая информатика в ее сегодняшнем виде похожа на науку «самолетопоклонников», о которой не только поведал Р. Фейнман, но которую он сам и изобрел.
         
                                       10

   В завершении своей интерпретации двухщелевого квантового эксперимента, Р. Фейнман так и не говорит о том, откуда за экраном появляются лишние электроны, которые не излучались перед экраном. Однако, если использовать его логику описания происходящих в эксперименте событий, то появление лишних электронов объясняется следующим образом. Согласно вероятностному описанию квантовой реальности Р. Фейнмана, один и тот же электрон с определенной долей (амплитудой) вероятности пролетает и через первое, и через второе отверстие в экране, обретая, таким образом, две альтернативы своего целостного квантового бытия. При этом, интерференция, как событие квантового мира, согласно логике Р. Фейнмана определяется квадратом суммы его альтернатив. Это значит, что сложение амплитуд вероятности прохождения электрона через одно и через другое отверстие и возведение полученной суммы в квадрат и будет адекватным описанием интерференции, в процессе которой появляются новые электроны. Таким образом, проблема возникновения новых электронов, не излучавшихся перед экраном, но возникших в результате этой математической процедуры, оказывается решенной. Однако Р. Фейнман, тем не менее, ничего не говорит об этом решении, поскольку оно противоречит его общей идеологии описания квантового мира. Данное противоречие состоит в том, что процедура вычисления вероятности возникновения интерференции, завершающаяся появлением некоего числа, ведет к исчезновению интерференции, потому что квантовая интерференция представляет собой суперпозицию альтернатив целостной квантовой системы, которая числом быть не может.
Также интерференция, как полная картина квантового мира, не может быть зафиксирована каким-либо классическим прибором, который неизбежно должен сколлапсировать ее до состояния суммы ее разделенных альтернатив. Таким образом, и при вычислении возможности появления нового электрона, свидетельствующего о возникновении интерференции, и при его обнаружении датчиком, этот электрон вместе с интерференцией должен немедленно исчезнуть, поскольку он представляет не себя, но являет в собственном виде интерферирующий образ вероятностного квантового мира. Однако, появившиеся за экраном новые электроны, судя по всему, не исчезают. Поэтому, гораздо более правдоподобным объяснением появления лишних электронов за экраном, является объяснение, связанное с волновой интерпретацией двухщелевого эксперимента, вменяющей электрону реальные волновые характеристики, которые приписывались ему в ранних работах де Бройля и учитывались в ранней модели атома Бора, в которой на атомной электронной орбите укладывалось целое количество пиков и впадин электронных волн.
Эти волны, формирующие движение электрона в пространстве, можно наблюдать при бомбардировке электронами фотопластины, на которой их разрозненные следы формируют светлые и темные полосы, раскрывающие волновую траекторию их движения.
   Данные электронные волны в процессе двухщелевого эксперимента, проходя через два открытых отверстия в экране, за экраном многократно накладываются друг на друга  и формируют волновую интерференционную картину, представляющую собой сложный лабиринт, состоящий из волн, количество которых за экраном превосходит их количество перед экраном.
Что же касается появления при интерференции новых дискретных, фиксируемых датчиком, корпускулярных электронов, то оно связано с тем, что согласно принципу целостности квантовых систем, присущая электрону синусоидальная электронная волна сопряжена с его дискретным, «вращательным», спиновым движением, формирующим текучую, локальную, корпускулярную форму электрона. Поэтому увеличение при интерференции количества электронных волн за экраном приводит к тому, что каждая вновь образующаяся электронная волна формирует свое собственное спиновое «вращение», участвующее в локальном формообразовании корпускулярного электрона, который фиксируется установленным за экраном датчиком.
И поскольку спиновое «вращение» осуществляется одновременно с синусоидальной динамикой электронной волны, совершающей полный цикл своего амплитудного движения от нижней точки (впадины), до верхней точки (гребня), то спин электрона всегда имеет лишь два направления: либо вверх, либо вниз, так как спиновая динамика, формирующая угловой момент электрона зависит от амплитудной динамики синусоидальной волны, которая направлена либо на достижение пика (вверх), либо впадины (вниз).
Таким образом, в процессе синусоидального движения электронной волны, сопряженного со спиновым вращением, происходит формирование электронной корпускулы, которая образуется на пике волны – ее гребне или впадине. Эта связь корпускулы с гребнем или впадиной волны присутствует и в вероятностной интерпретации квантовой динамики, согласно которой величина амплитуды волны отражает величину вероятности обнаружения корпускулы в данной точке пространства, соответственно, достигая максимума на ее гребне или впадине.
Таким образом, между вероятностным и волновым описанием квантового дуализма электрона, одновременно, существует и определенная близость и принципиальное отличие. Это отличие состоит в том, что вероятностное описание, в отличии от волнового, предполагает, что у электрона всегда присутствуют и волновые, и корпускулярные характеристики, которые не могут периодически исчезать. Поэтому вероятностное описание не допускает так называемого коллапса волновой функции, когда электрон может пребывать либо в корпускулярном, либо в волновом состоянии, как он всегда фиксируется в эксперименте.
Что же касается реалистического, волнового описания динамики электрона, то данное описание предполагает его существование либо в виде волны, либо в виде корпускулы, а его общую динамику данное описание позволяет рассматривать в виде специфической пульсации, в процессе которой электрон меняет корпускулярную и волновую формы своего бытия.  
  Поэтому, когда в двухщелевом квантовом эксперименте из излучателя появляется корпускуялрный электрон, то к экрану с двумя отверстиями он может подлетать уже в виде волны, которая, пройдя через два отверстия и интерферируя сама с собой, формирует дополнительные гребени, синусоидальная динамика которых сопряженная с вращательной, спиновой динамикой, рождает новые корпускулярные электроны, которые из излучателя не вылетали.
     Эти реальные квантовые волны, сопряженные со спиновым движением элементарных частиц, организующим их корпускулярные формы, определяют нелокальность квантового мира, именуемую квантовым дальнодействием. Природа дальнодействия  состоит в том, что две имеющие общее происхождение частицы, изначально связанные с одной и той же синусоидальной волной, при воздействии на одну из них, передают это изменение синусоидальной волне, меняющей состояние другой, связанной с первой частице.    
   Синусоидальные волны, связанные с частицами, являются волнами постоянно движущегося эфира, идея которого существовала в физике до появления теории относительности Эйнштейна, затем была отвергнута Эйнштейном, однако впоследствии, уже в современной физике получила новое название – энергетический вакуум.   

« Последнее редактирование: 20 Июля 2014, 11:34:13 от pocak » Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #3 : 19 Июля 2014, 21:12:24 »

         11.

Еще одно важное следствие двухщелевого квантового эксперимента, обнаруживающего интерференцию электронов, при которой их фиксируемое количество за экраном оказывается большим их излученного количества перед экраном, связано раскрытием глубинных основ самого квантового мира.
Так же, как модель атома Бора и его квантовые постулаты в свое время вошли в противоречие со вторым началом термодинамики и сняли, существовавшую в начале XX в. проблему тепловой смерти Вселенной, так и интерференция электронов, описанная Р. Фейнманом в двухщелевом эксперименте входит в противоречие с законом сохранения энергии и позволяет по иному, чем прежде описать квантовый мир. Наиболее отчетливо это противоречие интерференции электронов закону сохранения энергии раскрывается в формулировке этого закона, данного самим же Фейнманом: «Существует факт, или, если угодно, закон, управляющий всеми явлениями природы, всем, что было известно до сих пор. Исключений из этого закона не существует; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлеченно. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число — и оно останется прежним». (Р. Фейнман «Фейнмановские лекции по физике»).
Однако при интерференции электронов это «подсчитанное число», о котором говорит Фейнман, увеличивается. Этим приростом квантовый мир и отличается от мира классического.
При этом, интуитивное ощущение основателей квантовой физики Бора и Шредингера, говорящее им, что квантовый мир чрезвычайно похож на мир жизни, во многом связано с подобным же приростом информации и энергии в живом мире, потому что биосфера и ноосфера в своем глобальном развитии всегда идут против энтропии. Однако более детальное рассмотрение квантовых основ живого и ментального мира – это уже совсем другая история.  

« Последнее редактирование: 20 Июля 2014, 11:06:44 от pocak » Записан
valeriy
Глобальный модератор
Ветеран
*****
Сообщений: 4167



Просмотр профиля
« Ответ #4 : 20 Июля 2014, 12:27:02 »

Еще одно важное следствие двухщелевого квантового эксперимента, обнаруживающего интерференцию электронов, при которой их фиксируемое количество за экраном оказывается большим их излученного количества перед экраном, связано раскрытием глубинных основ самого квантового мира.
Утверждение слишком сильное. Могли бы дать данные конкретных экспериментов, подтверждающих сказанное.

Познание мира идет рука об руку с экспериментом и теорией, объясняющей суть наблюдаемого. Почему математический аппарат является "скальпелем в руках" теоретика. Именно потому, что он дает однозначные ответы на поставленные вопросы. Именно благодаря этому открывается возможность протянуть нить Ариадны от лабораторного эксперимента до практического применения открытия где-нибудь в технологической цепочке по производству полезных в хозяйстве вещей.

Возвращаясь к приведенной цитате, следует заметить, что существует целый набор законов сохранения. Среди них есть закон сохранения плотности материи - сколько материи было произведено ее источником, столько, или меньше но не больше, ее и поступит в область локализации детекторов, даже если на ее пути располагалось  препятствие с рядом щелей для пропуска материи. Математически это описывается уравнением непрерывности для плотности амплитуды вероятности обнаружить частицу в данном месте и в данное время.

Если принимать на веру сказанное в вышеприведенной цитате, то следует допустить, что где-то между щелевой решеткой и детектором располагается неучтенный источник электронов. В принципе, почему бы такому и не быть. Но в таком случае экспериментатор обязан обнаружить этот неучтенный источник и указать в своем протоколе.
Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #5 : 20 Июля 2014, 13:37:20 »

Ответу на вопрос о том, откуда берутся лишние электроны за экраном, собственно, и был посвящен разбор двухщелевого эксперимента Р. Фейнманом. Он посчитал, что лишние электроны появляются в результате интерференции, связанной с наличием у электронов альтернативных форм бытия. Из этого вывода впоследствии и появилась вся квантовая информатика. Но если же в двухщелевом эксперименте где-то был тайно спрятан дополнительный источник электронов, то тогда квантовую информатику можно закрывать.
Записан
valeriy
Глобальный модератор
Ветеран
*****
Сообщений: 4167



Просмотр профиля
« Ответ #6 : 20 Июля 2014, 14:00:59 »

лишние электроны появляются в результате интерференции, связанной с наличием у электронов альтернативных форм бытия.
А что это такое альтернативная форма бытия электронов?
Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #7 : 20 Июля 2014, 14:54:29 »

Вот дословная цитата из описания Р. Фейнманом двухщелевого эксперимента, в которой содержится ответ на ваш вопрос - «Вероятность любого события в идеальном эксперименте – т.е. эксперименте, где все определено настолько точно, насколько это возможно – равна квадрату некоторой другой величины «а», которую мы называем амплитудой вероятности. Если это событие может происходить в некоторых взаимоисключающих вариантах, то амплитуда вероятности «а» получается как сумма значений «а» для каждого из возможных вариантов (альтернатив). Но если в нашем эксперименте можно выяснить каждый раз, в каком именно варианте произошло событие, вероятность события меняется: теперь это просто сумма вероятностей каждого из вариантов. Другими словами, интерференция уничтожается»
Фейнман таким образом описывает прохождение электрона через оба открытых отверстия. Это пребывание электрона в обоих отверстиях одновременно и отражает для Фейнмана две вероятностные альтернативы его целостного бытия. Именно с наличием этих альтернатив Фейнман связывает интерференцию электронов, в процессе которой увеличивается из количество. Этот процесс подробно описан в его книге "Характер физических законов".
Записан
valeriy
Глобальный модератор
Ветеран
*****
Сообщений: 4167



Просмотр профиля
« Ответ #8 : 20 Июля 2014, 16:33:54 »

Это пребывание электрона в обоих отверстиях одновременно и отражает для Фейнмана две вероятностные альтернативы его целостного бытия. Именно с наличием этих альтернатив Фейнман связывает интерференцию электронов, в процессе которой увеличивается из количество. Этот процесс подробно описан в его книге "Характер физических законов".
Пребывание электрона одновременно в двух щелях, из-за чего возникает интерференция электрона с самим собой - неверная интерпретация двух-щелевого эксперимента. Всегда упускается один важный момент, что щелевая решетка, также как и все остальные физические приборы (всякие там коллиматоры, зеркала и прочая экспериментальная дребедень) "окружены со всех сторон физическим вакуумом (эфиром в доисторической интерпретации). Так же и летящий электрон погружен в этот вакуум и также он взаимодействует с вакуумными флуктуациями, почерк которых, в свою очередь, подвержен возмущениям со стороны всей этой экспериментальной дребеденью, представленной в пределах данного физического пространства. Щелевая решетка также создает возмущения этих вакуумных флуктуаций. Вот эта единая система - летящий электрон, щелевая решетка, поляризованный ей вакуум - и представляет то, что в результате проявляется через интерференционную картину (И то, в том случае, если экспериментатор проведет сотни тысяч опытов с когерентно летящими электронами).

Следует заметить, что хотя физический вакуум кишит электрон-позитронными парами, электроны сами по себе не появляются из вакуума. Для их рождения недостаточна энергия у пролетающих через щелевую решетку электронов. А вот создать дополнительную поляризацию электрон-позитронным парам они смогут. И в купе с поляризацией, возникающей от погруженной в физическое пространство щелевой решетки, формируется результирующий паттерн (за счет конструктивной и деструктивной интерференции этих самых электрон-позитронных пар), который представляется как волна-пилот, ведущая электрон вдоль индивидуальной оптимальной траектории, называемой Бомовской траекторией.

Не следует обольщаться, что если есть траектория, то можно измерить одновременно координату и импульс электрона на каком-то участке траектории. Этого сделать не удастся, поскольку любая попытка что-нибудь сделать с электроном (провести какое-либо измерение) вытолкнит его в неизвестном направлении - следствие принципа неопределенности.
Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #9 : 20 Июля 2014, 17:06:28 »

Я с вами, в принципе, согласен. Мне тоже не нравится фейнмановская интерпретация двухщелевого эксперимента. Однако именно на ней базируется квантовая информатика, уже несколько лет обещающая буквально завтра сделать квантовый компьютер...
Записан
valeriy
Глобальный модератор
Ветеран
*****
Сообщений: 4167



Просмотр профиля
« Ответ #10 : 20 Июля 2014, 17:29:26 »

Мне тоже не нравится фейнмановская интерпретация двухщелевого эксперимента.
Я то сам приверженец Фейнмана. И то что я давал выше, это в значительной степени навеяно пониманием сути Фейнмановского интеграла по путям. То-есть, электрон при движении от источника через щелевую решетку и далее к детектору постоянно возбуждает электрон-позитронные флуктуации вакуума, которые интерферируя между собой создают благоприятный канал для последующего движения электрона.
Записан
ВедиИже
Пользователь
**
Сообщений: 144


Просмотр профиля
« Ответ #11 : 20 Июля 2014, 19:25:13 »

Цитата:
Нагретый металлический электрод непрерывно испускает электроны, образуя вокруг себя электронное "поле".
Вакуумный диод. Электрический ток в вакууме возможен в электронных лампах.
Если бы электрон двигался не в вакууме, а в пространстве, заполненном газом, то описанные процессы нарушились бы из-за столкновений электрона с молекулами газа.
То есть "двущелевой" срабатывает иногда как "лампа". И тем "случаем" вводит в соблазн "'эксПертов".

Физический вакуум не пустота, а известные и пока не очень или совсем неизвестные излучения всевозможных элементарных частиц.
Эти "поля" и есть материал для образовании звёздных скоплений - они возникают и они же вновь превращаются в "межзвёздную полевую пыль". Таковы "циклы перт".

любая попытка что-нибудь сделать с электроном (провести какое-либо измерение) вытолкнит его в неизвестном направлении - следствие принципа неопределенности
Перт (Perth) - "Скрытое".
Основное значение - посвящение, тайна, секрет. Не проявленное.
Вот такой "мудрый" он этот "физический вакуум".

« Последнее редактирование: 20 Июля 2014, 19:45:43 от ВедиИже » Записан
valeriy
Глобальный модератор
Ветеран
*****
Сообщений: 4167



Просмотр профиля
« Ответ #12 : 21 Июля 2014, 14:11:21 »

То есть "двущелевой" срабатывает иногда как "лампа".
Чтобы щелевая решетка срабатывала как "лампа", нужно сделать эту решетку из материала, из которого легко можно было бы выбить вторичные электроны при попадании в нее электронов, летящих от источника, смотри например
КАТОДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ
Очевидно, в двух-щелевом эксперименте такая решетка не годится, поскольку она является источником нежелательных артефактов.
следствие принципа неопределенности.
Принцип неопределенности вовсе не является только-лишь прерогативой квантовой механики. В волновой механике (будь то радиофизика или гидродинамика) этот принцип также имеет место, когда вопрос стоит об измерении характеристик волны - ее местоположения, ее скорости.
Записан
pocak
Новичок
*
Сообщений: 49


Просмотр профиля WWW
« Ответ #13 : 21 Июля 2014, 14:20:06 »

А можно немного поподробней по поводу принципа неопределенности и гидродинамики...
Записан
valeriy
Глобальный модератор
Ветеран
*****
Сообщений: 4167



Просмотр профиля
« Ответ #14 : 21 Июля 2014, 17:05:55 »

А можно немного поподробней по поводу принципа неопределенности и гидродинамики...
Принцип неопределенности относится к процессу измерения. Лучше говорить о волновой механике в широком смысле слова. Тогда квантовая механика является одной из ветвей этой науки, где постоянная Планка является ее визитной карточкой.

В волновой механике, в частности в радиофизике, в акустике, в гидродинамике, одной из задач является регистрация сигнала, передаваемого по каналу связи волной, будь то электромагнитной, акустической, или волной на просторах океана. Не буду долго вдаваться в тонкости измерений, но отметим - пусть измерение длится (Delta t) секунд. По сути прибор зарегистрировал некоторый импульс, длящийся ровно (Delta t) секунд. Набор частот, с помощью которых можно как-то зашифровать сообщение, не превышает окна (Delta f) Герц. Вот эти два параметра, (Delta t) и (Delta f), находятся в связке друг с другом в следующем отношении:

  (Delta t) x (Delta f) >= 1.

Отсюда видно, чем больше время наблюдения, тем меньше разброс частот, представляющих полезный сигнал. Очевидно, за очень длительное время наблюдения у тебя будет хорошая возможность различить все нюансы сигнала. А из-за дефицита времени, будут потеряны все низкие частоты, которые передают эти нюансы.

А теперь домножим вышеприведенное выражение на постоянную Планка h:

  (Delta t) x (Delta f) x h >= h.
 
Назовем (Delta f) x h = (Delta E) - неопределенность в регистрации энергии сигнала. Теперь мы вторглись в королевство квантовой механики.
Записан
Страниц: [1] 2 3 4  Все Печать 
« предыдущая тема следующая тема »
Перейти в:  


Войти

Powered by SMF 1.1.10 | SMF © 2006-2009, Simple Machines LLC