Настоящая фантастика 2013

Многие слышали про знаменитого кота Шрёдингера, но мало кто толком помнит, что там, в ящике, происходит. Мысленный эксперимент Шрёдингера описывает незавидное положение кота в ящике, в котором испущенный фотон падает на полупрозрачное зеркало, а переданная часть его волновой функции регистрируется датчиком. Поскольку зеркало полупрозрачное, датчик может обнаружить фотон, а может не обнаружить. Если датчик обнаруживает фотон, то срабатывает пистолет, убивающий кота. Если датчик не обнаруживает фотон, то кот остаётся жив и здоров. Волновая функция такой системы является суперпозицией этих двух возможностей… То есть, пока не произведено измерение, кот и жив, и мёртв равновероятно.

Как измерить эту систему? Просто: открыть ящик. Измерительным прибором будут наши органы чувств, а то, что мы увидим, обратно же – коллапс волновой функции. Нет больше никаких таинственных суперпозиций, а есть либо окровавленная тушка, либо из ящика выпрыгнет живой и здоровый кот. Квантовое состояние разрушено измерением. Это и есть редукция фон Неймана.

Но в квантовой физике измерительный прибор влияет на квантовую систему, а – внимание – квантовая система в свою очередь влияет на измерительный прибор! Вспомним пример с каталогом, когда многие желания у нас возникли только после того, как мы его полистали. Запомните это внимательно: КВАНТОВАЯ СИСТЕМА ВЗАИМНО ВЛИЯЕТ НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР. Это нам пригодится.

Ещё одна штука: результат измерений зависит от того, есть ли на шкале нашего прибора соответствующие риски, чёрточки для фиксации возможных состояний. В ситуации с автомобилем это означает – есть ли у вас права, умеете ли вы водить. Если нет, то каталог вам не нужен. Нет, полистать вы его, конечно, можете, но процесс измерения вам недоступен.

В случае с котом мы умеем видеть два состояния: жив или мёртв. Не бывает чуточку беременных, не бывает немного мёртвых, знаем мы. Но это только потому, что на шкале нашего прибора нет соответствующих рисок.

Что ещё может произойти с котом? Возможна реализация ещё двух квантовых состояний. Известный историк Гумилёв любил говорить (повторяя вслед за В.И. Вернадским): смерть есть отделение пространства от времени. В квантовой механике мы вполне можем глянуть на кота Шрёдингера в геометрии пространства-времени.

Мгновенно обнаруживаются ещё два состояния при вскрытии ящика: в геометрии пространства кот жив, но в геометрии времени – мёртв. И наоборот. В геометрии пространства кот мёртв, в геометрии времени – жив.

Всё это вроде как бы не наблюдаемо, но в фантастике есть точное описание состояния, когда пространственно объект жив, а во времени – мёртв: это старый добрый зомби. Обратное состояние представить сложнее, но очевидно, что это мёртвая, неподвижная тушка кота, а рядом – его активный, яростно мяукающий призрак. Как видите, ничего сложного, просто никакие наши приборы не умеют отделять пространство от времени, оттого мы этих чудес и не наблюдаем.

2. Явление квантовой запутанности и декогеренции (потери фазовых соотношений между элементами волновой функции). Измерительный прибор как квантовая система, запутанная на измеряемую квантовую систему. Мозг как квантовый компьютер и сознание как квантовый феномен.

Многие, если не все, специфические свойства и парадоксы квантовых измерений имеют своим источником свойства так называемых запутанных состояний. Поэтому, чтобы прояснить сложные процессы, протекающие, например, при выборе автомобиля (а мы уже с вами убедились, что это таки квантовый процесс), нам крайне необходимо осмыслить ещё одно важное явление – квантовая запутанность или перепутанность (entanglement). Это понятие введено самим Шрёдингером в 1935 году, тогда же, когда он придумал своего кота, а явление запутанности стало объектом активных исследований начиная с девяностых годов. О запутанности говорят, когда вроде бы имеют дело с несколькими объектами, но которые ведут себя настолько согласованно, словно образуют единое целое. При этом сами системы могут быть разнесены в пространстве. В этом случае объекты описываются единой волновой функцией.