Пользователи
Регистрация
Вход
Волновая функция описывает состояние квантовой системы в данный момент времени. Динамика волновой функции описывается линейным уравнением Шредингера. Эволюционируя согласно уравнению Шредингера, квантовая система ведет себя подобно волне, принимая множество возможных состояний одновременно.
Одной из ключевых загадок квантовой теории является то что квантовая система не всегда следует уравнению Шредингера. Исключением из правила является т.н. «коллапс волновой функции» (quantum state reduction), который происходит в момент измерения квантовой частицы. В результате квантового коллапса квантовая система принимает одно из множества возможных значений (или целый ряд значений, в зависимости от того, насколько «полным» было измерение).
Наглядной иллюстрацией коллапса волновой функции является классический эксперимент с двумя щелями:
После установки детектора на пути квантовой частицы, последняя вынуждена выбирать между двумя возможными траекториями (щель А либо щель Б), в результате чего волновая функция частицы коллапсирует и интерференционный паттерн на экране исчезает.
В чем причина коллапса волновой функции? Каким образом волновое уравнение Шредингера уступает место новому процессу? На этот счет существуют различные теории, в том числе:
а) теория «множественных вселенных» Эверетта, согласно которой никакого коллапса на самом деле не происходит, и в момент измерения квантовой частицы вселенная раздваивается на две копии. В одной копии квантовая частица летит в щель А, а в другой – в щель Б. Таким образом, теория «ветвящихся вселенных» отрицает схлопывание квантовых волн как таковое. Согласно этой теории, квантовая частица реализует все свои возможные состояния – в альтернативных вселенных. Очевидная проблема этой теории состоит в том, что мультиверс означает «дурную бесконечность» бесконечно ветвящихся миров.
б) другой интерпретацией является т.н. «объективный коллапс» (objective collapse) – согласно этой модели, квантовая система реально выбирает одно значение из множества возможных. Квантовая частица летит либо в щель А, либо в щель Б. В модели предложенной Роджером Пенроузом, коллапс квантовой системы происходит в момент, когда кривизна ее гравитационного поля достигает критической отметки. Чем больше масса квантовой системы, т.е. чем сильнее ее гравитационное поле – тем меньшее искривление последнего требуется для наступления коллапса.
Независимо от интерпретации квантового коллапса, важно подчеркнуть тот факт, что, кажущийся или настоящий, коллапс квантовой системы наступает тем быстрее, чем больше ее размер, и чем больше мера дисгармонии между составляющими ее квантовыми частицами.
Квантовый коллапс имеет простую музыкальную аналогию. Представим, что квантовые частицы являются музыкантами, исполняющими музыкальную симфонию. Эта симфония является ничем иным как волновой функцией оркестра. Пока музыканты играют слаженно – мелодия развивается согласно волновым законам квантовой механики. Однако если музыканты играют разрозненно – симфония сменяется какофонией, что является аналогом коллапса волновой функции. Очевидно, что чем больше число музыкантов в оркестре, тем сложнее добиться их слаженной игры.
