В статье подвергается критике необоснованное внедрение принципов квантовой механики в биологию и медицину, а именно принципа квантования, принципа неопределенности Гейзенберга и принципа корпускулярно-волнового дуализма. Рассмотрено значение этих принципов в современной физике, затем описаны представления некоторых исследователей о том, как эти принципы могут быть использованы в биологии и медицине. Показано, что квантово-механические представления не могут играть существенной роли в биологической науке, за исключением случаев рассмотрения строения живых систем на субмолекулярном уровне. В конце статьи даются собственные представления авторов о соответствии биологических явлений некоторым квантово-механическим принципам. Принципу квантования соответствует дискретность живых систем, однако на этом соответствие заканчивается, поскольку живая система не является в отличие от квантов неделимой, ее структура известна, поэтому живая система не может быть названа элементарной в отличие от элементарных частиц, структура которых в настоящее время еще неизвестна. Принцип неопределенности корректно трансформирован Рашмером в принцип биологической неопределенности, заключающийся в невозможности точно предсказать поведение конкретной живой системы при внешних воздействиях (например, при введении медикаментов), а также в том, что неопределенностью состояния обладает не одна живая система, а их большая совокупность, что делает медицину как науку статистической, а как профессию — искусством. Корпускулярно-волновому дуализму можно привести в соответствие невозможность измерения параметров живой системы без влияния на них, а также биологическое явление, известное как «волны жизни».
В статье подвергается критике необоснованное внедрение принципов квантовой механики в биологию и медицину, а именно принципа квантования, принципа неопределенности Гейзенберга и принципа корпускулярно-волнового дуализма. Рассмотрено значение этих принципов в современной физике, затем описаны представления некоторых исследователей о том, как эти принципы могут быть использованы в биологии и медицине. Показано, что квантово-механические представления не могут играть существенной роли в биологической науке, за исключением случаев рассмотрения строения живых систем на субмолекулярном уровне. В конце статьи даются собственные представления авторов о соответствии биологических явлений некоторым квантово-механическим принципам. Принципу квантования соответствует дискретность живых систем, однако на этом соответствие заканчивается, поскольку живая система не является в отличие от квантов неделимой, ее структура известна, поэтому живая система не может быть названа элементарной в отличие от элементарных частиц, структура которых в настоящее время еще неизвестна. Принцип неопределенности корректно трансформирован Рашмером в принцип биологической неопределенности, заключающийся в невозможности точно предсказать поведение конкретной живой системы при внешних воздействиях (например, при введении медикаментов), а также в том, что неопределенностью состояния обладает не одна живая система, а их большая совокупность, что делает медицину как науку статистической, а как профессию — искусством. Корпускулярно-волновому дуализму можно привести в соответствие невозможность измерения параметров живой системы без влияния на них, а также биологическое явление, известное как «волны жизни».
В статье рассматриваются парадоксы квантовой механики с точки зрения психологии восприятия. Одним из наиболее существенных является влияние наблюдателя на результат квантового измерения, связанный с так называемой редукцией волновой функции, о котором писал еще Норберт Винер в своей фундаментальной работе «Математические основы квантовой механики». Основной проблемой здесь является то, что этот процесс не описывается в парадигме и средствами квантовой физики. Однако и влияние сознания наблюдателя на физический процесс, который рассматривается многими, также создает парадокс. Если есть такое взаимодействие, оно должно проходить по физическим законам, но это не приведет к редукции волновой функции. Если же это не физический фактор, то он не может воздействовать на физическую систему. В настоящей работе рассматривается модель трансляции информации о реальности из системы бессознательного, представленного в виде состояний в пространстве Гильберта, в сознание в виде объектного пространственно-временного представления. Отметим, что квантовая система описывается волновой функцией, которая представлена в многомерном пространстве Гильберта, причем представление реальности в этом пространстве дает эффекты, схожие с явлениями нашего бессознательного. Напротив, в сознании реальность представлена в физическом пространстве-времени в объектном виде. Преобразование одного представления в другое дает те же соотношения неопределенности и другие эффекты, что и квантовая механика. Поскольку для системы сознания источником новой информации является то, что находится за его границей, если «не вводить лишних сущностей», единственную реальностью для него составляет бессознательное. Причем индивидуальные сознания могут быть связаны с коллективным бессознательным, как это предполагали психолог К. Юнг и физик В. Паули.
Среди всех физических теорий квантовая механика считается наиболее полным и глубоким описанием физического мира. Используемый ей понятийный аппарат существенно отличается от представлений классической физики. В самом деле, переход от классической к квантовой физике знаменует подлинную революцию в нашем понимании материального мира. Одно из наиболее ярких различий между классической и квантовой физикой состоит в следующем: классическая механика предполагает, что всем физическим величинам в одно и то же время могут быть приписаны точные значения, тогда как квантовая механика отрицает эту возможность. Хрестоматийный пример положение и импульс частицы. Согласно квантовой механике, чем точнее известна координата частицы, тем менее точно можно сказать, каков ее импульс (и наоборот). Такова упрощенная и предварительная формулировка принципа неопределенности положения и импульса в квантовой механике. Данный принцип сыграл важную роль во многих дискуссиях на тему философского значения квантовой механики, в особенности в дебатах по поводу согласованности т.н. копенгагенской интерпретации, которой придерживались основоположники квантовой механики Вернер Гейзенберг и Нильс Бор. Несомненно, принцип неопределенности вовсе не является единственным концептуальным различием между классической и квантовой физикой: представление квантовой механики о таких понятиях, как (не)локальность, запутанность и тождественность, полностью переворачивают классические воззрения на природу.
Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью. Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий. Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.
Считается, что естественные науки исключают возможность произвольного вмешательства в действие законов природы, в связи с чем существование свободы выбора и свободы воли ставится под вопрос. В статье представлено решение этой проблемы на основе квантовой теории. На примере простейшего эксперимента о движении частиц в магнитном поле показано, что в микроскопических процессах свободные решения – то есть решения, не предопределённые никаким алгоритмом природы – происходят постоянно в полном соответствии с законами физики. Эта «квантовая неопределенность», понимаемая как объективная многовариантность будущего, обнаруживает место для свободного выбора в физической картине мира. При этом свобода не противоречит детерминированным законам природы, а дополняет их в соответствии с нормами общечеловеческой этики. Соответственно принцип «психологического детерминизма» Рубинштейна-Брушлинского уточняется на основе квантово-теоретического понятия о вероятностной предопределенности. Статистические закономерности свободных решений при этом описываются обычными математическими средствами квантовой теории. Представленная концепция соотнесена с механизмом самоорганизации сложных систем, экспериментами по нейрофизиологическому предупреждению произвольных решений, а также со свободой выбора в других формах жизни.
ИЗМЕРЕНИЯ В КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ НЕРЕЛЯТИВИСТСКОЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ *) У. Лэмб Рассмотрение идеализированных экспериментов показывает, что физические измерения в квантовой механике разбиваются на три этапа: приготовление исходного состояния, возмущение и определение вероятности того, что будет достигнуто определенное конечное состояние.Что такое квантовая механика?Для меня было особой удачей то обстоятельство, что я смог поставить этот вопрос во время конференции физиков -нобелевских лауреатов, происходившей в Линдау в 1968 г., где присутствовали два основоположника квантовой механики -Гейзенберг и Дирак.Вопрос был задан тридцать лет спустя после открытия квантовой механики на лекции, где присутствовало еще и четыреста студентов, только-только начавших изучать этот предмет.На поставленный вопрос можно ответить по-разному.Единственный простой и легкий ответ состоит в том, что квантовая механика представляет собой науку, обеспечивающую нас удивительным набором правил расчета определенных физических свойств вещества.Для таких простейших систем, как атом водорода или атом гелия, вычисленные уровни энергии с фантастической точностью совпадают с уровнями, определенными экспериментально.В более сложных случаях вычисления гораздо труднее и точность результатов уже не столь велика, но есть все основания думать, что (по крайней мере в принципе) теория окажется адекватной, если только удастся преодолеть вычислительные трудности.Когда пытаются интерпретировать квантовую механику на любом другом уровне, интерпретация неизбежно становится довольно туманной.Главное затруднение связано с представлением об «измерении», которое в квантовой механике означает определение значений наблюдаемых физических величин с наибольшей возможной точностью.Я читал курс квантовой механики для студентов на протяжении двадцати лет в Колумбийском, Стэнфордском, Оксфордском и Йельском университетах.Почти всегда к вопросу об измерениях я подходил следующим образом.В начале курса лекций я говорил студентам: «Сначала вы должны освоить правила вычислений в квантовой механике.Потом я расскажу вам о теории измерений и постараюсь раскрыть смысл того, что подразумевается под измерениями».Почти всегда случалось так, что время, отведенное на лекции, заканчивалось до того, как я успевал выполнить свое обещание.Действительная же причина нехватки времени состояла в том, что я чувствовал, что даже наиболее приемлемые варианты изложения вопроса о квантовомеханических измерениях были либо слишком расплывчаты, либо слишком формальны и лишены *) W. Lamb, Operational Interpretation of Nonrelativistic Quantum Mechanics, Phys.Today 22, 23 (1969).Автор статьи Уилли Лэмб удостоен Нобелевской премии 1955 г. за открытие, которое теперь известно под названием «лэмбовского смещения».Статья написана на основе лекции, прочитанной 3 июля 1968 г. на 6-й конференции лауреатов Нобелевских премий в Линдау (ФРГ).Такие конференции созываются регулярно, один раз в три года.Перевод В. А. Угарова.
Каковы метафизические импликации квантовой физики Один из способов ответить на этот вопрос состоит в том, чтобы рассмотреть теоретическое влияние на наше понимание объектов как индивидов с четко определенными условиями тождественности. В соответствии со стандартным взглядом , который развивался одновременно с квантовой революцией, квантовая теория подразумевает, что фундаментальные частицы физики не могут считаться индивидуальными объектами в этом смысле. Этот взгляд помог развитию нестандартных формальных систем, которые подходят для репрезентации неиндивидуальных объектов. Однако высказывалось и мнение, что квантовая физика на самом деле совместима с метафизикой индивидуальных объектов, но эти объекты неразличимы таким образом, что нарушается известный принцип тождества неразличимых Лейбница. Против последнего утверждения недавно были выдвинуты новые аргументы, что помогло возобновить дискуссию о влиянии теории. В результате мы столкнулись с некоторой недодетерминацией релевантной метафизики со стороны физики, в которой, с одной стороны, есть квантовые объекты как индивиды, а с другой квантовые объекты как неиндивиды. Считается, что подобная недодетерминация таких фундаментальных метафизических комплексов имеет важное значение для дискуссии о реализме и антиреализме.