50 на 50 - это квантовые или классические?
50:50 chance, but is it classical or quantum?
Квантовая механика и подбрасывание монеты
Все непредсказуемости в окружающем нас мире, будь то результат метания монеты или прогноз погоды через месяц, являются принципиально квантовыми, а не классическими явлениями. Таково заключение двух физиков из США, показавших, что молекулярные взаимодействия в газах и жидкостях могут усилить крошечные квантовые флуктуации, до уровня, когда они станут достаточно большими для возникновения неопределенности, которую мы обнаруживаем в макроскопических масштабах. Понимание этого, утверждают они, может оказаться важным в космологии, так как может исключить некоторые теории мультивселенной, опирающиеся на классические, а не квантовые вероятности.
От классических к квантовым предсказаниям
В классической теории вероятностей, шансы брошенной монете упасть орлом или решкой просто отражают то, как много или как мало мы знаем о бросании монеты. Говоря, что шансов 50 на 50 - это просто означает, что мы не знаем, как монета приземлится. В принципе, однако, если бы мы понимали, какие именно физические процессы определяют исход бросания, а также знали бы с достаточной точностью все соответствующие параметры - такие, как сила удара по монете, высоту над землей и сопротивление воздуха - мы могли бы предсказать исход с уверенностью.
Согласно последним исследованиям, эта точка зрения не является правильной. Андреас Альбрехт (Andreas Albrecht) и Даниэль Филипс (Daniel Phillips) из Калифорнийского Университета в Дэвисе утверждают, что вероятности, используемые в нашей повседневной жизни и в науке это не «количественная мера нашего незнания», но отражают суть случайного характера физического мира, как описано в квантовой механике. Они утверждают, что квантовые флуктуации могут быть вполне усилены известными физическими процессами до уровня, где они могут полностью объяснять результаты повседневных макроскопических событий. Фактически, они утверждают, что все практически значимые вероятности можно объяснить таким образом. Иными словами, все классические вероятности можно свести к квантовым вероятностям.
Чтобы подкрепить свою идею Альбрехт и Филипс рассмотрели идеализированную жидкость из молекул подобных бильярдным шарам, которые постоянно сталкиваются друг с другом. Принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что траектория бильярдного шара будет иметь неотъемлемую неопределенность, как результат неопределенности его положения и импульса. Исследователи выяснили - введя соответствующие значения радиуса, длины свободного пробега, средней скорости и массы бильярдных шаров в пару простых уравнений - насколько быстро эта неопределенность растет с каждым столкновений между шарами. Они показывают, что в воде и воздухе (азот) неопределенность становится настолько большой при одном столкновении, что каждая флуктуация свойств этих жидкостей имеет полностью квантово-механическое происхождение.
Квантовые результаты
Затем исследователи показали, что квантовые флуктуации, проявляющиеся в воде могут полностью определить исход подбрасывания монеты. Они считают, что в типичном случае бросания монеты, она может поворачиваться на пол-оборота примерно за 1 мс. Это также временная неопределенность в нейронных процессах регулирующих бросание монеты, процессах, которые по утверждению группы нейробиологов в 2008 году, вызваны флуктуациями количества открытых нейрон-ионных каналов. Так как эти флуктуации, в свою очередь, обусловлены броуновским движением молекул, называемых полипептидами в жидкости, в основном в воде, то квантовая неопределенность (управляющая броуновским движением) может полностью определить случайность бросания монеты.
Кошачий хвост
Таким образом, исследователи говорят, что бросивший монету, на самом деле, выполняет эксперимент в стиле «кошка Шредингера». Только вместо кошки, которая одновременно, и живая, и мертвая, квантовым объектом в данном случае является монета, конечное состояние которой одновременно и орел, и решка.
[Используется игра слов: heads or tails - орел или решка, при бросании монеты, дословно - голова или хвост. Прим. Перев.]
Результат бросания, следовательно, остается открытым до тех пор, пока мы не посмотрим на упавшую монету, и в тот момент система переходит в определенное состояние - орел или решка.
Исследователи признают, что их пример очень упрощен и что у них теперь не простая работа поиска следов усиления квантовой неопределенности во всех известных ситуациях, будь то бросание кости или выбор карты наугад. Они также указывают на то, что хватит всего одного контрпримера, чтобы фальсифицировать их идею - использование классической вероятности, четко изолированной от физического, квантового мира.
Дэвид Папино (David Papineau), философ Королевского колледжа в Лондоне, считает, что Альбрехт и Филипс, вероятно, должно быть правы, но он не думает, что их заключение является очень удивительным. "Вполне вероятно, что все серьезные вероятности, будь то падение монеты орлом или рождение ребенка-девочки, являются проявлениями квантовой случайности", говорит он. "На самом деле у нас есть устройства, такие как счетчики Гейгера, которые показывают, как макро-результаты часто бывают вызваны случайными микро-событиями".
Альбрехт отвечает, что он и Филипс, пожалуй, первые физики, решившие соотношение квантовой и классической вероятности в лоб, и он утверждает, что последние исследования также могут исключить некоторые теории, в которых физические процессы (такие, как "вечная инфляция") производят несколько копий карманных вселенных, подобных той, которую мы наблюдаем вокруг нас. Такие теории "мультивселенной", говорит он, нуждаются в чисто классической вероятности потому, что квантовая волновая функция сама по себе не может определить, в какой Вселенной будет сделано конкретное измерение. Но Альбрехт отмечает, что такой шаг был бы не возможным, если бы классические вероятности по сути своей были бы квантовыми.
ENGLISH VERSION
НА ГЛАВНУЮ
