Бог не играет в кости со Вселенной

[АлексУ]

Сообщение от Дмитрий777

«Бог не играет в кости со Вселенной». ...
Вот что он имел в виду под «игрой в кости». Он признавал, что описание движения электронов через их скорости и координаты противоречит принципу неопределенности. Но, утверждал Эйнштейн, должны существовать еще какие-то переменные или параметры, с учетом которых квантово-механическая картина микромира вернется на путь целостности и детерминизма. То есть, настаивал он, нам только кажется, будто Бог играет с нами в кости, потому что мы не всё понимаем. Тем самым он первым сформулировал гипотезу скрытой переменной в уравнениях квантовой механики. Она состоит в том, что на самом деле электроны имеют фиксированные координаты и скорость, подобно ньютоновским бильярдным шарам, а принцип неопределенности и вероятностный подход к их определению в рамках квантовой механики — результат неполноты самой теории, из-за чего она и не позволяет их доподлинно определить. ...
И вот в 1964 году Джон Белл получил новый и неожиданный для многих теоретический результат. Он доказал, что можно провести определенный эксперимент (подробности чуть позже), результаты которого позволят определить, действительно ли квантово-механические объекты описываются волновыми функциями распределения вероятностей, как они есть, или же имеется скрытый параметр, позволяющий точно описать их положение и импульс, как у ньютоновского шарика. Теорема Белла, как ее теперь называют, показывает, что как при наличии в квантово-механической теории скрытого параметра, влияющего на любую физическую характеристику квантовой частицы, так и при отсутствии такового можно провести серийный эксперимент, статистические результаты которого подтвердят или опровергнут наличие скрытых параметров в квантово-механической теории. ...
Волновая функция распределения вероятностей совершенно безошибочно описывает движение частиц от источника к датчику. Следовательно, уравнения волновой квантовой механики не содержат скрытых переменных. Это единственный известный случай в истории науки, когда блестящий теоретик доказал возможность экспериментальной проверки гипотезы и дал обоснование метода такой проверки, блестящие экспериментаторы титаническими усилиями провели сложный, дорогостоящий и затяжной эксперимент, который в итоге лишь подтвердил и без того господствующую теорию и даже не внес в нее ничего нового, в результате чего все почувствовали себя жестоко обманутыми в ожиданиях! ...

Интересная трактовка. А мне недавно попалась другая трактовка выводов из теоремы Белла и ее эксперементальной проверки. Изложу ее кратко и грубо (приближенно):
Парадокс ЭПР. Против принципа неопределенности, который, в частности, гласит: нельзя одновременно знать координату и импульс квантовой частицы. Эйнштейн со товарищами в 35 году опубликовал следующий мысленный эксперимент. Опять же, излагаю в одном из более поздних его вариантов. Приведем две частицы в коррелированное состояние, т.е. волновая функция от этих двух частиц будет зависеть от сумму их координат, и давать всюду ноль, кроме случая равенства суммы этих координат нулю. Это значит, что координаты двух частиц равны, но противоположны по знаку. Переходя, по законам квантовой механики, от координат к импульсам получим, что импульсы этих двух частиц должны быть равны (и по знаку тоже). Дальше пошли логические рассуждения. Мы не можем одновременно измерить координату и импульс одной частицы. Но мы можем одновременно измерить импульс одной из коррелированных частиц, и координату другой из них. Таким образом мы одновременно будем знать и координату и импульс обеих этих частиц. Что противоречит принципу неопределенности. Но ...
Принцип неопределенности подтвержден множеством экспериментов (так говорят физики, я пока не понял, что за этими словами стоит). Значит, есть какая-то ошибка в логических заключениях из этого мысленного эксперимента. Какая? А та, что измеряя импульс одной из частиц - мы тем самым узнаем импульс и второй из них. Это верно в предположении обычной физической реальности и для квантового мира. Т.е. что то, что мы измеряем (например, импульс частицы) в реальности существует и до измерения. Но это не так. В реальности квантовый объект до измерения не обладает ни определенным импульсом, ни определенной координатой. И лишь процесс измерения создает эту определенность - определенное значение импульса или координаты. Для привычного человеческого миропонимания это звучит дико. Но в квантовом мире это так. Квантовый мир - это вероятностный хаос, и только в процессе измерения из этого хаоса создается хоть какое-то подобие порядка. Это уже моя грубая интерпретация.
Вывод Эйнштейна (или его более поздних сторонников) был немного другим. Вывод был, что квантовая механика неполна в том смысле, что не обладает "элементами реальности". В выше описанном смысле.
Теперь, что сделалл Белл. Он сказал - да, парадокс ЭПР существует. Но это всего лишь мысленный эксперимент. А я предлагаю вам строго математически выведенные неравенства, которые можно экспериментально проверить. Эти неравенства выводятся исходя из предположения "локального реализма", т.е предположения, что определенные свойства коррелированных квантовых частиц, не взаимодействующих друг с другом (локализованных, изолированных друг от друга), существуют еще до их измерения. А не создаются в процессе измерения. Если это так, то мои неравенства будут подтверждены серией экспериментов. Если это не так, то они будут опровергнуты серией экспериментов. И прав окажется Эйнштейн - квантовая механика не обладает "элементами реальности".
Серия дорогостоящих и трудоемких экспериментов блестяще подтвердила выкладки квантовой механики, и показала, что неравенства Белла не выполняются. Тем самым Эйнштейн тоже оказался прав - реальность квантовой физики иная, чем у физики классической.
Автор такой интерпретации делает из этого и дальнейшие выводы, касающиеся сознания наблюдателя, и дальнейшего развития квантовой физики в этом направлении. Но это другая тема.

Дмитрий, вы физик? Мне показалось, что вы неплохо разобрались с основами квантовой физики. А я только пытаюсь их понять. И мне не хватает общения с живым носителем этих знаний. Можно я буду задавать вам возникающие у меня вопросы по этой теме?

[Dar]

Сообщение от АлексУ

Парадокс ЭПР...

это вот это?
http://forum.roerich.info/showthread...oto=nextoldest

[АлексУ]

Сообщение от Dar

это вот это?
http://forum.roerich.info/showthread...oto=nextoldest

Да да, оно самое.
Спасибо за ссылки! Почитаю.

[Дмитрий777]

Сообщение от АлексУ

Дмитрий, вы физик? Мне показалось, что вы неплохо разобрались с основами квантовой физики. А я только пытаюсь их понять. И мне не хватает общения с живым носителем этих знаний. Можно я буду задавать вам возникающие у меня вопросы по этой теме?

Нет, я не физик к сожалению. Или физик-любитель, такой же как и Вы.
Так что не вопросы, а обмен мнениями. Было бы очень здорово.

[АлексУ]

Сообщение от Дмитрий777

Нет, я не физик к сожалению. Или физик-любитель, такой же как и Вы.
Так что не вопросы, а обмен мнениями. Было бы очень здорово.

Жаль! Мне бы квантового физика попытать ... Ну, не чистого, а с уклоном в философию. Как я понял "чистые" квантовые физики этими концептуальными проблемами свою голову не заморачивают. Занимаются чисто формальными, или, наоборот, чисто прикладными вещами, не задумываясь о соотнесении предметной области своей науки с реальным мироустройством.

Один вопрос я все же задам. Может не Вам, Дмитрий, а в пространство ...
Какова связь между теорией и прикладными применениями квантовой физики? Если эта теория не дает точных формул, а только вероятности альтернативных событий, или кучу альтернативных "коридоров путей" вместо одного конкретного пути в классической физике? Я правильно понял суть волновой функции? Ведь в классической физике мы можем, зная вектор скорости и начальные координаты, вычислить весь путь некоторого классического объекта. Т.е. есть возможность делать некоторые предсказания в поведении физических объектов. А в квантовой физике такие предсказания возможны для объектов квантового мира? Или только предсказание того, с какой вероятностью квантовый объект перейдет в одно из возможно бесконечного количества альтернативных состояний? Я еще очень слабо понимаю суть квантовой физики, поэтому не вижу, как при таких неопределенных условиях можно делать конкретные практические разработки на основе квантовой физики. Может, на каком-нибудь примере? Например, нам нужно построить лазер со строго определенной частотой излучения. А как это сделать, если мы можем вычислить только вероятности: что с такой-то вероятностью излучение будет такой-то частоты, с такой-то вероятностью - второй частоты, и т.д. ...

Обмену мнениями я буду рад, но наверное я к нему еще не готов. Еще слишком слабо освоил эту область. Но буду Вам благодарен за любые Ваши, или чужие, мысли по этой теме.

[DEI]

А чем Вас, АлексУ, не устраивает вероятностный подход в квантовой механике ? Это точные формулы. Есть, конечно, мнение, что вообще, уравнение волновой функции - подгоночное уравнение, которым можно приблизить любое распределение...

Но в примере с лазером, насколько я понимаю, частота звисит от структуры уровней и будет определенна. Это местоположение и импульс частиц микромира подлежат правилу "неопределенности".

Кроме того, на практике некоторая доля вероятности есть всегда - даже в классике . Нет ничего идеального. Ни в постановке опытов, ни в результатах измерений. Набегающие ошибки, возможно, имеют роль такого же сдерживающего фактора. Ибо происходят они из-за малых флуктуаций, корни которых, могут быть ... в том же микромире. Но не обязательно. Это только теория идеальна.

Вероятность - неизбежное следствие Бесконечности Вселенной и неисчерпаемости ее Причин.

[АлексУ]

Сообщение от DEI

А чем Вас, АлексУ, не устраивает вероятностный подход в квантовой механике ? Это точные формулы. ...

Но в примере с лазером, насколько я понимаю, частота звисит от структуры уровней и будет определенна. Это местоположение и импульс частиц микромира подлежат правилу "неопределенности".

....

Да ничем ... Просто я не понимаю, пока, а потому и хочу разобраться - как все это благолепие работает. Т.е. как происходит переход от красивой теории к практическим ее применениям. И вообще, обладает ли квантовая механика предсказательной способностью. Например мы знаем, что планета, если не ошибаюсь, Нептун была открыта вначале "на кончике пера", т.е. предсказана. И только потом, наведя телескопы в теоретически вычисленную область звездного неба, астрономы обнаружили там искомую планету.
А в квантовой механике? Пока, читая научно-популярные книги, я в основном встречаю следующее: эксперементально был открыт такой-то поразительный эффект; и после нескольких лет упорных трудов этот эффект был объяснен с позиций квантовой механики ... А есть обратные примеры? Когда исходя из квантовой теории были предсказаны реальные физические эффекты? Вот в этом я хочу разобраться, в частности.

Пример с лазером, может быть, и не очень удачен. Но давайте разберем его более подробно.
Насколько я понял из прочитанного, существенную роль в генераторе лазерного излучения играет резонатор. Т.е. объект не квантовый, а макроскопический - некая классически-физическая уловка, призванная из всего квантового вероятностного хаоса выделить и применить для своих нужд излучения вполне конкретной, нужной нам частоты. А именно, находящиеся в резонаторе атомы, "активная среда", излучают энергии самых разных частот, каждую со своей вероятностью. Но за счет подбора длины резонатора, кратной длинне волны нужного нам излучения, происходит селективный отбор нужной нам частоты. Для этого "активная среда" резонатора, каждый атом этой среды, должен обладать парой энергетических уровней, разница между которыми и дает нужную нам частоту.
Тут возникает еще один попутный вопрос - каков вклад квантовой механики в подбор этой "активной среды"? Т.е. возможные энергетические уровни атома такого-то химического элемента вычисляются с помощью вероятностных подходов квантовой механики? Или подбираются экспериментально? Если первый вариант - то насколько в процессе этого вычисления существенны волновые функции и распределения вероятностей поздней квантовой механики, или достаточны простые и наглядные вычисления (вполне детерминистические) Нильса Бора, которые он приводил при введении принципа квантования излучений атома?
Пойдем дальше. После этой макроскопической уловки по выделению нужной нам частоты излучения, в действие вступает эффект индуцированного излучения. Т.е. наличие в резонаторе достаточного числа фотонов нужной нам частоты провоцирует резкое повышение вероятности именно нужного нам перехода между этими двумя выделенными энергетическими уровнями, дающими фотоны нужной нам частоты. Вопрос. В той книжке, которую я читал, написано, что этот эффект индуцированного излучения происходит под влиянием окружающего электромагнитного поля. Которое, насколько я понимаю, описывается уравнениями классической физики. Т.е. опять вопрос в том, какова роль в описании и объяснении этого эффекта именно квантовой механики?
Это все вопросу к роли квантово-механической теории в описании и объяснении принципов работы лазеров. А еще один вопрос - к предсказательной способности квантовой механики. Т.е. создание лазеров (принцип их работы) было предсказано квантовой механикой? Или вначале был экспериментально открыт эффект когерентного излучения, а потом он был обоснован с позиций квантовой механики?

Да, может быть Вы приведете свой пример предсказательной способности квантовой физики?

Извините, если мои вопросы несколько наивны. Но пока это мой уровень понимания квантовой физики ...

[DEI]

Хотя я и сам не очень люблю квантовую механику, признаться, придется отвечать - что-то никто не спешит.

Сообщение от АлексУ

Насколько я понял из прочитанного, существенную роль в генераторе лазерного излучения играет резонатор. Т.е. объект не квантовый, а макроскопический - некая классически-физическая уловка, призванная из всего квантового вероятностного хаоса выделить и применить для своих нужд излучения вполне конкретной, нужной нам частоты. А именно, находящиеся в резонаторе атомы, "активная среда", излучают энергии самых разных частот, каждую со своей вероятностью.
Но за счет подбора длины резонатора, кратной длинне волны нужного нам излучения, происходит селективный отбор нужной нам частоты.

Имхо, длина резонатора тут не причем. Нет здесь макроскопических эффектов. Переходы между уровнями не равновероятны в данном типе активной среды изначально в силу строения энергетических уровней атомов (или молекул) данной среды. Да, здесь важна именно среда и ее состояние. Взаимодействие фотона с атомом в возбужденном метастабильном состоянии способно вызвать вынужденное его излучение, - при этом не теряется и исходный фотон. Так коэффициент усиления становится больше единицы. Для усиления эффекта используется многоуровневая система с промежуточными долгоживущими (метастабильными) состояниями и «быстрорелаксирующие» .
Посмотрите в Инете "инверсия электронных населенностей" в строке поиска на : http://ru.wikipedia.org

Сообщение от АлексУ

Для этого "активная среда" резонатора, каждый атом этой среды, должен обладать парой энергетических уровней, разница между которыми и дает нужную нам частоту.
Тут возникает еще один попутный вопрос - каков вклад квантовой механики в подбор этой "активной среды"? Т.е. возможные энергетические уровни атома такого-то химического элемента вычисляются с помощью вероятностных подходов квантовой механики?

Энергетические уровни рассчитываются по квантовым формулам, насколько мне известно. Обратно, расчеты соответствуют экспериментальным данным.

Сообщение от АлексУ

Пойдем дальше. После этой макроскопической уловки по выделению нужной нам частоты излучения, в действие вступает эффект индуцированного излучения. Т.е. наличие в резонаторе достаточного числа фотонов нужной нам частоты провоцирует резкое повышение вероятности именно нужного нам перехода между этими двумя выделенными энергетическими уровнями, дающими фотоны нужной нам частоты. Вопрос. В той книжке, которую я читал, написано, что этот эффект индуцированного излучения происходит под влиянием окружающего электромагнитного поля. Которое, насколько я понимаю, описывается уравнениями классической физики.
Т.е. создание лазеров (принцип их работы) было предсказано квантовой механикой? Или вначале был экспериментально открыт эффект когерентного излучения, а потом он был обоснован с позиций квантовой механики?

Исторически (если не говорить об Атлантиде то сначала экспериментально.

Сообщение от АлексУ

Да, может быть Вы приведете свой пример предсказательной способности квантовой физики?

Во-первых, расчет всех энергетических уровней производится по квантовой теории, потому каждый экспериментальный материал, полупроводник, к примеру, рассчитывается и теоретически.
Во-вторых, созданная на основе квантовой теории модель или формула работают для всех новых явлений в этой области. Особенности фотоэлектрического эффекта по квантовому уравнению А.Эйнштейна 1905г (классика не работала). Опыты Штерна-Герлаха.
Джозефсона эффект, предсказание открытия античастиц, позитрона, аннигиляции, квантовых компьютеров … А говорят, что вся электроника без этих расчетов не может существовать.
Иное дело, что интерпретировать уравнения и достижения можно по-разному…
Разные теории могут давать одинаковые в некоторых условиях приближенные формулы.

[Miona]

АлексУ
По простому.
Температура.
Температурные микроколебания частиц , движение, создает уровень энергетики, она распределяется и излучается в пространство в инфрокрасном диапазоне. .
Мы измеряем температуру градусником и наблюдаем как столбик ртути поднимается до какого то предела., но мы же не говорим об одной частичке ртути.

[Нарада]

Сообщение от DEI

… А говорят, что вся электроника без этих расчетов не может существовать.
.

DEI, Вым, когда-нибудь приходилось разрабатывать электронные или радиотехнические устройства?

[АлексУ]

Сообщение от DEI

Имхо, длина резонатора тут не причем. Нет здесь макроскопических эффектов. Переходы между уровнями не равновероятны в данном типе активной среды изначально в силу строения энергетических уровней атомов (или молекул) данной среды. Да, здесь важна именно среда и ее состояние. Взаимодействие фотона с атомом в возбужденном метастабильном состоянии способно вызвать вынужденное его излучение, - при этом не теряется и исходный фотон. Так коэффициент усиления становится больше единицы. Для усиления эффекта используется многоуровневая система с промежуточными долгоживущими (метастабильными) состояниями и «быстрорелаксирующие» .
Посмотрите в Инете "инверсия электронных населенностей" в строке поиска на : http://ru.wikipedia.org

Спасибо за популярную статью!
Она вызвала у меня ряд вопросов.

.. из ... атомов, каждый из которых может находиться в одном из двух энергетических состояний

Это ведь упрощение, или идеализация? В реальности атомы, кроме разве атома водорода, имеют не два, а несколько энергетических уровней, или состояний. И атом, с определенной вероятностью, может находится на любом из них. И, соответственно, атом может излучать на нескольких частотах. Так за счет чего достигается сведение к двум, или трем-четырем энергетическим состояниям атома? Из множества возможных.
Попутно более общий вопрос. Но, возможно, как-то связанный с этим. Вот говорят волновая функция представляет собой плотность вероятности нахождения квантового объекта (системы) в определенном состоянии. Но ведь эта волновая функция, графически, имеет не один пик? Т.е. квантовый объект, обычно, имеет не одно самое вероятное состояние? А несколько пиков плотности вероятности, и, соответственно, несколько вероятных состояний. Я правильно понимаю? А при измерении происходит редукция волновой функции - и из нескольких (равно)вероятных сотояний квантовый объект оказывается в каком-то одном из них? И не понятно, за счет чего это происходит? Я правильно понял проблему измерений в квантовой физике?
Далее, в статье из векипедии написано:

Эти фотоны возвращаются в рабочее тело лазера с помощью оптического резонатора, элемента конструкции лазера. ...
...на практике рабочее тело лазера выбирают так, чтобы переход 3→2, ...проходил без излучения, а энергии тратилась на нагрев рабочего тела.

Т.е. макроскопическая конструкция лазера тоже имеет значение? Как я понимаю, за счет конструкции лазера происходит задержание в рабочем теле лазера фотонов нужной нам частоты, и свободное (некогерентное) излучение фотонов не нужной нам частоты. Т.е. происходит некая селекция нужных нам фотонов для достижения некой их "критической массы".
И еще один вопрос. В статье написано, что в трех- и четырех-уровневых лазерах есть быстрые и медленные переходы между уровнями. А от чего это зависит, что переход между одной парой уровней является быстрым, а между другой парой - медленным? Это вызывается как-то искусственно, или зависит от микроскопических параметров или характеристик самих энергетических уровней?

[Кайвасату]

Квантовая физика возлагает всю ответственность за то, что происходит с человеком на него самого, как наблюдателя. Вездесущий Бог предусмотрел все возможности и все последствия того или иного поступка, но совершить этой поступок - выбрать между двух возможностей - выбор человека. И чем более ответственно и сознательней он будет это делать, тем лучше для него же самого в первую очередь.
Есть, конечно, вопросы относительно того, насколько правомерно и как далеко можно распространять аналогию законов мира субатомных частиц на мир людей, но в целом квантовая физика очень хорошо подходит для обоснования основных религиозно-философских доктрин.

[Дмитрий777]

Сообщение от Кайвасату

Квантовая физика возлагает всю ответственность за то, что происходит с человеком на него самого, как наблюдателя. Вездесущий Бог предусмотрел все возможности и все последствия того или иного поступка, но совершить этой поступок - выбрать между двух возможностей - выбор человека. И чем более ответственно и сознательней он будет это делать, тем лучше для него же самого в первую очередь.
Есть, конечно, вопросы относительно того, насколько правомерно и как далеко можно распространять аналогию законов мира субатомных частиц на мир людей, но в целом квантовая физика очень хорошо подходит для обоснования основных религиозно-философских доктрин.

Да, такая иллюстрация универсальности Законов Мироздания.