Краткое содержание
В этом подкасте обсуждаются сложные вопросы квантовой механики, природы времени и их восприятия. Алексей Семихатов, физик-теоретик, делится своими мыслями о том, почему квантовая теория вызывает недоверие, как она соотносится с философией, и что на самом деле означает "измерение" в квантовом мире. Подкаст затрагивает темы от устройства психики до телепортации, ставя под сомнение привычные представления о пространстве и времени.
- Квантовая механика — это не просто набор формул, а глубокая теория, ставящая вопросы об устройстве реальности.
- Время — это не субстанция, а параметр, который мы используем для описания изменений в мире.
- Случайность играет фундаментальную роль в квантовой механике, и мы не можем предсказать результаты измерений со 100% уверенностью.
Алексей Семихатов в гостях!
В начале подкаста Алексей Семихатов заявляет, что время — это не вещь и не субстанция, а пространство — это не коробка. Он также отмечает, что в сингулярности время заканчивается.
100 лет недосказанности: почему квантовая теория бесит учёных
Алексей Семихатов призывает готовиться к 100-летнему юбилею квантовой механики в 2025 году. Он объясняет, что понимание квантовой природы лежит в основе всего, включая химию. Если бы мы могли решать уравнение Шрёдингера, химики были бы не нужны. Квантовая механика описывает мир абстракциями, которые отличаются от привычных. В квантовой механике дело развивается не в трёхмерном пространстве, а в абстрактном бесконечномерном математическом пространстве. Квантовая система загружает информацию в волновую функцию, где происходят драматические события, а затем мы измеряем что-то и получаем вероятности. Квантовая механика не отвечает на вопрос о том, что происходит в нашем трёхмерном пространстве. Если воспринимать её буквально, то нужно признать, что первично многомерное математическое пространство. Квантовая механика — это классная количественная теория, которая выдаёт лучшие в мире предсказания. Она высокомерна по отношению к нам, потому что живёт в многомерном математическом пространстве, и ей наплевать на пространство.
Что первично - квантовая механика или Мы (люди, сознание)
Обсуждается вопрос о том, существуем ли мы, потому что существует квантовая механика, или квантовая механика существует, потому что мы существуем. Квантовая механика — это наша теоретическая схема, которая говорит о том, как вычислять. Мы существовали до того, как у нас появилась квантовая механика. Атомы существуют, потому что мир квантовый. Атом не может быть устроен так, как нарисовано на эмблеме международного агентства по атомной энергии. Атомы существуют, потому что живут по квантовым законам.
Почему квантовая теория и философия конкурируют
Проблема интеграции квантовой механики в бытовую жизнь заключается в конкуренции физиков и философов. Физики пытаются свести квантовый мир к аристотелевской модели, а философы говорят, что мы привыкнем к тому, что понять это сложно. Мир квантовый в основе своей, и по каким-то причинам на нас наводится иллюзия классической реальности. Философско-мировоззренческая сторона квантовой механики была подавлена в течение десятилетий. Нильс Бор убедил несколько поколений физиков, что задача интерпретации квантовой теории была решена 50 лет назад. Обсуждение мировоззренческой стороны квантовой механики было подавлено. Схема вычислений работала, и у всех было чем заняться. Сейчас голос людей, задающих сократические вопросы, стал более слышен. Они задают вопрос о том, какую реальность описывает квантовая механика. В каком смысле фундаментально наше трёхмерное пространство? Механика удивительна сочетанием того, как она угадана, как она супер работает, и как она ставит вопросы об устройстве реальности. В квантовой реальности нет частичек, летающих и взаимодействующих друг с другом. Квантовая реальность защищается от нас и живёт сама по себе, пока мы на неё не смотрим. Когда мы хотим узнать, что там у нас, мы очень грубо с ними взаимодействуем, разрушая то состояние, в котором они находились. У нас очень грубые способы взаимодействия с ними, очень узкое горлышко интерфейса между нашей классической реальностью и квантовой. Наш способ взаимодействия с ними разрушает состояние, в котором они находятся неконтролируемым образом.
Алексей Семихатов ждёт НО
Развитие во времени квантовой системы — это сосуществование возможностей. Математический аппарат говорит, что существуют все возможности. Когда мы измеряем спин электрона, выпадает что-то одно. Нету механизма выбора одной возможности из двух. Случайность есть, потому что нельзя указать, каков механизм выбора одной возможности. Эйнштейн думал, что за квантовой механикой есть более глубокий уровень, где есть неизвестные нам шестерёнки. Попытка заглянуть — это то самое грубое воздействие, которое вырубает систему и заставляет её выпасть в одно из возможных состояний. Нельзя стать квантом и отправиться жить в квантовую реальность. Нобелевская премия 2022 года подвела итог более ранним работам, которые можно интерпретировать таким образом: свойств нет. Неравенство Белла показывает, что объекты могут существовать без свойств, а потом согласованным образом их приобретают. В наше взаимодействие с квантовой реальностью встроен индетерминизм.
Что такое значит «измерить» квантовую теорию
Квантовая механика обходит стороной ключевой вопрос о том, что такое измерение. Наше взаимодействие с квантовым миром происходит по результатам этих измерений. Количественно всё супер работает, но квантовая механика не досказывает, что такое измерение.
Можем ли мы предсказывать время
Мы живём в трёхмерном пространстве, но временная одна. Пространство не объясняется ни через что другое. С временем ещё сложнее, потому что под словом время понимается несколько разных вещей. В квантовой механике время течёт, волновая функция развивается. Время — это параметр, который мы используем. Для описания гравитации нужно перемешать пространство и время. Наше восприятие пространства и времени зависит от того, в каких условиях мы находимся. Есть словарь, который позволяет пересчитывать одно в другое, если вы знаете обстоятельства. Квантовая механика находится на более простом уровне и не озадачивается этим. Мы исходим из того, что мы живём в трёхмерном пространстве, а время течёт.
Почему вероятность не может быть отрицательной? Что такое теория вероятности. Почему время не может идти назад
Вероятности не могут быть отрицательными. Квантовая механика выдаёт вероятности, но готовит вероятности из штук, которые могут быть отрицательными. Рецепт приготовления вероятности состоит в том, что вы все числа возводите в квадрат. Сумма всех вероятностей всегда должна быть равна единице. Информационный парадокс чёрных дыр — это попытка сочетать теорию гравитации и квантовую теорию. Если бы были отрицательные вероятности, то какие-то другие вероятности были бы больше единицы. Отрицательная вероятность не связана с прошлым. Внутренняя динамика квантовой механики всё равно, куда развиваться во времени. В самой квантовой механике нет выделенного направления времени. Мы живём в мире, где направление времени есть. Время как оно течёт в квантовой механике — это некоторый параметр. Точных связей между разными временами мы не знаем.
Эксперимент с черной дырой (воображаемой) Из чего состоит время и сингулярность
Время — это не вещь и не субстанция. Мы пользуемся понятием время, считая его фундаментальной вещью. Масса и энергия — это одно и то же. Время не субстанция, оно не может ни во что переходить. Худшее, что может случиться со временем, — это мягкий и жёсткий вариант. Если вы находитесь далеко от чёрной дыры, то время там останавливается. Если вы сами туда летите, то никакого времени для вас не останавливается. Если вы попали внутрь чёрной дыры, то там в сингулярности время кончается. Там пространство, время и материя перестают различаться. Это должно регулироваться квантовой теорией гравитации. Квантовая механика и гравитация встречаются в самом внутре чёрных дыр, и мы не знаем, что там происходит. Нужно ли стремиться построить квантовую гравитацию или нужно повнимательнее посмотреть на гравитацию и квантовую теорию и изменить её так, чтобы она автоматически включала туда гравитацию. Эксперименты с гравитацией заканчиваются развитыми чашками. Бросаться чёрными дырами друг в друга мы не можем. Время не субстанция, ни во что не переходит. Худшее, что с ними может случиться, — это из-за дико сильной гравитации оно заканчивается.
Энергия отвечает за преобразование времени?
Энергия отвечает за преобразование времени. Механика и квантовая механика оказались способны найти правило, по которому мир толкает будущее. Это делает энергия. Энергия — это правило, по которому вы считываете, что вас окружает. Эти числа сохраняются, сумма этих чисел только перераспределяется. Энергодобывающие компании не добывают энергию, они её преобразуют. Есть правило обращения с числами. Энергия — это свойство квантовой механики. В квантовой реальности обычные вещи перестают быть числами, а становятся идеями этих вещей. Энергия — это свирепая математическая штука, которая пинает волновые функции. Темп изменения волновой функции во времени — это то, как энергия пинает волновую функцию. Волновая функция описывает совместное состояние каких-то квантовых сущностей. Чтобы узнать про энергию, нужно ударить по волновой функции. Иногда волновая функция такая, что она пружинит под этим действием и всего лишь умножается на число. Это число тогда есть энергия этой волновой функции. Это причина, по которой у нас атомы одного вида одинаковые. Состояние электронном в атоме дискретные. Все атомы водорода во всей Вселенной одинаковы.
Реликтовое излучение - носитель времени?
Реликтовое излучение — это остаток света, который выходил, когда свет стал распространяться по Вселенной. Вселенная светилась из-за того, что была горячей. В ранней Вселенной электроны и атомные ядра существовали по отдельности. Свет не бегает свободно, потому что он немедленно поглощается одним электроном, другим позитроном, протоном, ядром. Как только Вселенная остывает, электроны и ядра начинают жить вместе, они образуют нейтральную штуку, и свет вполне может пройти мимо. Реликтовое излучение свидетельствует о том, что было когда-то. Оно не является синонимом времени. Оно несёт энергию. Мы измеряем энергию, идущую этого излучения, идущее из разных частей Вселенной. Время не является ни субстанцией, ни квантом, ничем таким.
Энергия звёзд. Солнце это не водородная бомба? Время это иллюзия?
Источник энергии звёзд — это ядерные реакции. Звезда — это попытка материи сопротивляться террору гравитации. Протоны хотят соединиться друг с другом. Если два протона соединяются, то выделяют энергию. Их масса делается меньше, чем была масса двух протонов. Потерянная масса излучается в виде энергии. Солнце теряет миллионы тонн в секунду на излученный свет. Солнце не водородная бомба, потому что не хватает энергии, чтобы все протоны сливались. Протоны разделены стенкой взаимного отталкивания. В квантовой механике есть свойство прохождения сквозь стену. С некоторой вероятностью протон может оказаться по другую сторону этой стенки. Из-за того, что вероятность мала, солнце горит долго. Если бы не было туннельного эффекта, то звёзды бы не зажглись. В звёздах происходит слияние и образуются элементы. Во Вселенной сначала был водород, а дальше ядерные реакции делали две вещи сразу: светили и делали ядра более тяжёлыми. Время — это иллюзия. Солнце светит, это не иллюзия.
Линейное течение времени. Может ли время двигаться назад?
Формально математически время может идти в разном направлении в квантовом мире. Пока квантовые сущности управляются уравнением Шрёдингера и мы не делаем над ними измерения, это обратимый процесс. В принципе, вы можете устроить эволюцию так, что она вернётся к своему начальному состоянию. Волновой функции всё равно, куда и как течёт время. Энергия определяет, какая станет волновая функция в следующий момент времени. Мы накладываем это понимание времени на наше понимание времени и видим, что всё хорошо. У нас время течёт в известном нам направлении. У нас есть Стрела времени. В мире квантовых объектов и в мире элементарных частиц выделенного направления времени нет.
Почему мы говорим «течение» времени
Ощущение течения времени — это психология. В уравнениях квантовых полей и стандартной модели ничего не сказано про то, как Влад Аганов воспринимает время в зависимости от возраста. Есть элементарные объекты, собранные в менее элементарные, молекулы, собранные во что-то ещё. У некоторых существ есть мозги, в этих мозгах тоже что-то бегает. Не нужно искать в уравнениях стандартной модели описание того, каким образом наши мысли возникают. Мы живём в классическом мире, а внутри нас квантовый. Квантовый мир по чуждым для нас законам изнутри подпирает нашу и создаёт нашу классическую реальность. Атомы, из которых мы состоим, существуют только благодаря квантовым законам.
Непрерывно ли время?
Учёные до сих пор не решили, непрерывно ли время или же оно распространяется неделимыми квантами времени подобно свету. Нам ничего не известно про то, нужно ли время объяснить через что-то другое. Может быть, на каком-то другом уровне реальности время скачет маленькими дискретными шажочками, а нам кажется, что оно течёт непрерывно. Во всех физических теориях время — непрерывный параметр.
Было ли время до моего рождения?
Время начинается, когда мы рождаемся, и заканчивается, когда мы умираем. Вселенной известно сколько-то миллиардов лет. За это время что-то в ней происходило. В ранних звёздах нарожали элементы, которые нам нужны для того, чтобы мы существовали. Нас не было, и ничего бы такого не было. Солнца не было, но время, конечно, текло каким-то образом. Это психологический конструкт.
Квантовое устройство психики
Разговоры о том, что наша психика носит квантовый характер, ни на чём не основаны, потому что мозг — большая классическая система. Мы не знаем, что такое сознание. Идея Пенроуза: никакой обычный компьютер не сможет никогда воспроизвести сознание. Сознание — это невычислимый процесс, связанный с коллапсом волновой функции. В мозгу есть что-то, где волновая функция как-то замечательно коллапсирует, и мы из-за этого обладаем сознанием. Квантовая теория сознания — это сильно не мейнстрим. Нашли микротрубочки, в которых может быть какая-то квантовая когерентность больше, чем мы это ожидаем от средней такой вот классической системы. Где-то в мозге может быть какое-то устройство, в котором эффект коллапса волновой функции так работает, что мы из-за этого обладаем сознанием.
Телепортация? Как использовать время для перемещения в пространстве
Телепортация — это перемещение в пространстве. Ни один сигнал не распространяется со скоростью, превышающей скорость света. Квантовая телепортация висит на явлении коллапса волновой функции. В личной жизни квантовых объектов есть личная переписка друг с другом, которая происходит быстрее скорости света, но нам в нашей реальности они не позволяют этим пользоваться. Вы берёте запутанные пару электронов, и один оставляете у себя, а другой отправляете другому человеку. Запутанный пар — ресурс одноразовый. У вас есть клиент, и вы должны телепортировать волновую функцию того электрона. Вы запутываете клиентский электрон со своим электроном. Теперь вы у себя делаете измерение над двумя имеющимися электронами. Есть четыре варианта. Если случился вариант вверх, то у вашего электрона сама собой мгновенно возникнет волновая функция, которая была у клиентского электрона. Если получился не оба спины вверх, а любой из других, то вы должны внести коррективы. Вы берёте телефонную трубку и шлёте обычный сигнал. Для того чтобы процесс получился, вы должны дождаться моего обычного сигнала. Сами они в каком-то смысле всё про себя знают, но мы не можем никак этим пользоваться. Индетерминизм квантовой механики защищается. Она личную переписку квантов между собой не позволяет мне подключиться к этой переписке и осуществлять её со скоростью света. Мне нужно к ней дополнение — обычный классический почтовый голубь. Квантовые сущности разговаривают и откликаются на измерение мгновенно, но нам не позволяют подключиться к этой линии, чтобы мы с вами мгновенно разговаривали. Для этого я должен сделать здесь эту грубую вещь — измерение. Если я в соответствии с уравнением Шрёдингера начну подкручивать состояние своего запутанного электрона, то это не значит, что ваш начнёт крутиться. Есть странное вмешательство в квантовую жизнь в виде измерения, вызывающего коллапс. Телепортация супер работает. Китайцы на спутник передали из Пекина в Звенигород. В реальности вы должны повторять, потому что фотоны теряются по дороге.
Сколько существует времен и измерений? Что такое Аттосекунда
Времён и измерений столько, сколько материальных процессов. Течение времени столько, сколько наблюдателей. Если вы находитесь в гравитационном поле более сильном, то у вас время течёт в другом темпе, чем в более слабом. Сейчас это меряют на высоте двух-трёх сантиметров. Атосекунда — это 10 в минус восемнадцатой степени секунды. Время течёт для всех немножко по-разному, но в целом так довольно одинаково. Пространство — это не коробка, и время — это не шест, который торчит из этой коробки одинаковый для всех. Когда мы говорим о времени в квантовом мире, я совершенно удовлетворён тем, как я пользуюсь понятием времени в применении к этой квантовой системе. Если есть жизнь на других планетах, то следовательно у них там есть тоже своё время. На Марсе было магнитное поле, и оно исчезло. Звезда горит, она погасла. Молекулярное облако было, облако собралось в звезду под действием гравитации.
100 лет и 2 часа недосказанности
Недосказанность остаётся. Она продолжает невольно задавать нам вопросы. Изучать философию следует не ради однозначных ответов, а ради самих вопросов. Эти вопросы расширяют наше представление о возможном, обогащают наше интеллектуальное воображение и убавляют догматическую самоуверенность, которая закрывает разуму путь рассуждений. Благодаря философскому созерцанию величия Вселенной разум также обретает Величие и способность к тому единству со Вселенной, которое составляет его высшее Благо.
