Предначертанность с точки зрения современной науки
Я заметил, что даже те люди, которые утверждают, что все предрешенои что с этим ничего нельзя поделать, смотрят по сторонам, прежде чем переходить дорогу.Стивен Хокинг
Людей давно занимал вопрос о предопределенности и неизбежности того или иного события. Действительно ли то, чему суждено произойти, — произойдет, и другого быть не может?
Еще в 19 веке популярна была идея детерминизма. В частности, небезызвестный Лаплас постулировал, что если бы какое-нибудь разумное существо смогло узнать положения и скорости всех частиц в мире в некий момент, оно могло бы совершенно точно предсказать все мировые события до конца существования Вселенной.
Но наука развивалась, и возникновение квантовой физики принесло понимание что микрочастицам, таким, как молекулы, атомы и более мелкие частицы, поведение которых как раз и описывается квантовой механикой, невозможно сопоставить определенное положение и определенную скорость одновременно. Либо частица находится в определенной точке, но тогда совершенно ничего нельзя сказать о ее скорости, либо, наоборот, частица движется с определенной скоростью, но совершенно неясно, где она находится, либо (средний, «сбалансированный» вариант) мы лишь приблизительно знаем, где частица находится, и приблизительно знаем ее скорость. Таким образом мы можем предсказать только вероятность того, что характеризующие частицу величины будут иметь то или иное значение в определенный момент. Вместе с тем совокупность свойств частицы вполне предсказуема.
Дело здесь еще и в том, что неверным оказалось привычное представление о том, что свойства частицы, наблюдаемые при измерении, реально существуют ещё до измерения, а измерение лишь ликвидирует наше незнание того, какое именно свойство имеет место. В действительности это не так: свойства, обнаруженные при измерении, могут вообще не существовать до измерения. После экспериментов по неравенствам Белла (недавно на Хабре про это была интересная статья) стало понятно, что на вопрос А. Эйнштейна — «Вы правда верите что Луна существует только когда вы на нее смотрите?», правильный ответ дал Н.Бор, сказав, что «Ничто не существует, пока оно не измерено.».
Казалось бы, какая связь между микромиром и нашей реальностью –, но она есть, взять того же пресловутого кота Шредингера. В прошлом году российские и канадские физики создали гигантского «кота Шредингера». Таким образом, свойства микрочастиц связаны с макромиром, и лапласовский детерминизм нельзя распространять в том числе и на макромир. События случаются с какой-то вероятностью, в определенных пределах. Вероятность определяется статистически и совокупность свойств частицы предсказать возможно, то есть принцип причинности работает и в квантовой физике, хотя и в несколько измененном виде.
Таким образом, в настоящее время наука пока не отвечает на вопрос о предначертанности однозначно, по сути просто указывая на то, что события вероятностны, но в определенных пределах, и почему случится то или другое — науке неизвестно.
Тем не менее мы привыкли считать что «случайности не случайны», что если монетка упала орлом вверх, то это потому что она вращалась с нужной скоростью, заданной заранее, и/или потому что сторона с решкой чуть-чуть тяжелее. Но каким образом вселенная определяет что произойдет, ведь мы привыкли считать что любое явление является следствием чего-то? Если причин нет, а есть только следствие — то это напрямую нарушает законы логики.
Здесь нужно отметить что в квантовой физике большую роль играет так называемая «квантовая запутанность» — квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми.Любое взаимодействие объектов приводит к их «запутанности», взаимозависимости.
И это также явление не только микромира — еще в 2011 году ученые смогли «спутать» два объекта из макромира. В январе этого года физики исследовали квантовые состояния цепочки частиц, в которую входили от семи до 15 ультрахолодных ионов кальция. Эта цепочка помещалась в вакуумную камеру и облучалась светом от лазеров. Излучение меняло квантовое состояние отдельных ионов и их соседей, что сказывалось на общем (коллективном) поведении цепочки в целом. Таким образом, после измерения состояния одного объекта меняется состояние системы в целом. В марте этого года физики из Университета Ватерлоо (Канада) впервые продемонстрировали квантовую запутанность для более чем двух квантово запутанных фотонов.
Когда два и более объекта «запутанны», их больше нельзя описывать отдельными, независимо развивающимися вероятностями под названием «чистые состояния». Вместо этого, они становятся запутанными компонентами более сложного распределения вероятностей, которые описываются двумя или более частицами вместе. На практике это означает что фактически весь мир «запутан», и измерение, наблюдение одного элемента влияет на весь мир в целом. Каждую секунду мы меняем мир, не замечая этого, создавая все новые причины и новые следствия.
В 1988 году Яки́р Ааро́нов в соавторстве с Давидом Альбертом и Львом Вайдманом, предложил новый тип квантово-механических измерений — слабое измерение, которое позволяет с некоторой вероятностью измерять эволюцию волновой функции, не вызывая её возмущения.
Главное состоит в том, что каждый из результатов этих слабых измерений будет малоинформативен и практической пользы не принесет. А вот если провести множество таких измерений, ошибки скомпенсируют друг друга и в сухом остатке окажется реальная информация. Таким образом, после слабого измерения информация о частице получается неполной, а лишь вероятной, и для того чтобы получить осмысленный результат, требуется большое количество таких измерений. Слабые измерения успешно применяются на практике, в частности, при помощи них две недели назад ученые впервые наблюдали квантовый парадокс Чеширского кота.
Хотя некоторыми учеными слабые измерения вообще ставятся под сомнение, не так давно тот же самый Якир Ааронов написал статью, названную «Can a Future Choice Affect a Past Measurement’s Outcome?» — Может ли будущий выбор повлиять на результат измерений в прошлом?
Такая статья стала следствием опыта — микрочастица проходила несколько слабых измерений различных спин-ориентаций, чьи результаты были зафиксированы, но могли быть расшифрованы только после прямого сильного измерения. Затем эта частица проходила сильное измерение вдоль ориентации спина свободно избранной в последний момент. Результаты сильного измерения и слабого совпадали. Вместе с тем слабое измерение не может определить исход прямого сильного измерения, а выбор окончательной ориентации осуществлял экспериментатор. Только добавлением последующей информации от сильного измерения можно выявить, что слабые измерения «действительно» сказали. Эта информация была уже там, –, но только в зашифрованном виде и открывалась после.
Единственное разумное разрешение, которое видят авторы, заключается в том, что результаты слабого измерения предвосхищают будущий выбор экспериментатора, еще до того, как сам экспериментатор знает, каков будет его выбор. То есть спутанность микрочастиц проявляется не только в пространстве, но и во времени. Изменение мира меняет его не только в настоящем, но одномоментно и в будущем, и в прошлом.
Таким образом мы вновь возвращаемся к детерминистской концепции, когда наше будущее, не будучи предопределено прошлым, может быть предопределено еще более далеким будущим.
