Решён
Почему в квантовой механике частица находится с некоторой вероятностью в определенном месте, ведь вероятностей не существует?

Пытаюсь разобраться в основах квантовой механики и уперся в фундаментальное противоречие (как мне кажется).

Везде пишут: "электрон не находится в конкретной точке, а существует как облако вероятности". Но вероятность это же математическая абстракция, она описывает НАШЕ НЕЗНАНИЕ, а не реальность. Когда мы бросаем монетку, вероятность 50/50 это не свойство монетки, а наше незнание начальных условий. Если бы мы знали все силы, мы бы точно предсказали результат.

Так почему в КМ вероятность считается РЕАЛЬНЫМ свойством частицы, а не следствием нашего незнания скрытых переменных? Эйнштейн вроде тоже так считал ("Бог не играет в кости").

Может квантовая механика просто неполная теория и когда нибудь найдут детерминистическое объяснение?

Решение
67
Участник • 4 ответа

Ты задаешь правильный вопрос, и он мучил физиков 100 лет. Именно это противоречие Эйнштейн сформулировал в знаменитом парадоксе ЭПР (Эйнштейн-Подольский-Розен) в 1935 году. Он считал ровно то, что ты описываешь: квантовая механика неполна, есть скрытые переменные, мы просто пока их не нашли.

И вот тут начинается самое интересное. В 1964 году Джон Белл вывел неравенства (неравенства Белла), которые позволяют ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО проверить, существуют ли скрытые переменные. Суть: если существует скрытая детерминистическая теория, то корреляции между измерениями запутанных частиц не могут превышать определенный порог. Если квантовая механика права и вероятность фундаментальна, корреляции этот порог превышают.

Эксперименты Алена Аспе (1982), а позже десятков других групп, однозначно показали: неравенства Белла нарушаются. Природа ведет себя именно так, как предсказывает квантовая механика, а не так, как требуют скрытые переменные.

Это значит одно из двух:

  1. Вероятность в КМ не такая, как в примере с монеткой. Монетка детерминирована, мы просто ленимся считать. Квантовая вероятность фундаментальна, это свойство природы, а не нашего незнания. До измерения у частицы ОБЪЕКТИВНО нет определенной координаты. Не "мы не знаем где она", а "ее там нет".

  2. Либо нужно допустить мгновенную нелокальную связь между частицами (что нарушает специальную теорию относительности).

Большинство физиков принимают вариант 1. Вероятность в КМ онтологична (описывает реальность), а не эпистемологична (описывает незнание).

Твоя интуиция сопротивляется, потому что она сформировалась в макромире, где все детерминировано. Но макромир это частный случай. Фундаментальная реальность устроена иначе, и экспериментальные данные это подтверждают.

Аватар КвантовыйКот

Про неравенства Белла это то что мне не хватало. Получается вопрос про скрытые переменные не философский, а экспериментально закрытый?

Аватар Николай Федотов

Локальные скрытые переменные закрыты экспериментально, да. Нелокальные (типа теории де Бройля-Бома) формально не запрещены, но они требуют мгновенного действия на расстоянии, что большинство физиков считает неприемлемым. Так что не на 100% закрыт, но на 95%

44
Эксперт • 2 ответа

Попробую объяснить проще, без формул.

Представь, что ты бросаешь монетку в темной комнате. Ты не видишь результат, но монетка УЖЕ лежит орлом или решкой. Вероятность 50/50 описывает твое незнание.

Теперь представь другое: ты бросаешь монетку, но пока она летит, она БУКВАЛЬНО является и орлом, и решкой одновременно. Не "ты не знаешь", а она объективно в обоих состояниях. И только когда ты посмотришь (измеришь), она "выберет" одно из них.

Звучит безумно? Да. Но эксперименты (двухщелевой эксперимент, нарушение неравенств Белла, квантовый ластик) раз за разом показывают, что природа работает по второму сценарию.

Вопрос "почему" в философском смысле открыт. Копенгагенская интерпретация говорит "заткнись и считай". Многомировая интерпретация говорит "все варианты реализуются в разных ветвях". Но математический аппарат один и тот же, и он работает с пугающей точностью.

41
Эксперт • 1 ответ

Интересная формулировка вопроса: "вероятностей не существует". А почему, собственно? Кто сказал, что вероятность это обязательно мера незнания?

Это именно та ловушка, в которую попадают люди с классическим мышлением. В классической физике вероятность эпистемическая, согласен. Но квантовая механика ввела новый тип: объективная, онтологическая вероятность. Волновая функция не описывает наше незнание. Она описывает реальное физическое состояние системы.

Можно ли допустить что КМ неполна? Эйнштейн пытался 30 лет. Результат: теорема Белла доказала, что никакая локальная детерминистическая теория не воспроизведет все предсказания КМ. Экспериментально подтверждено.

Может ли существовать нелокальная детерминистическая теория? Может, теория Бома является примером. Но она требует нелокального взаимодействия (мгновенное влияние на произвольном расстоянии), что порождает не меньше вопросов, чем решает.

Так что ответ на твой вопрос парадоксален: вероятность в КМ существует как фундаментальное свойство реальности. Природе не нужно наше разрешение быть вероятностной.

27
Эксперт • 5 ответов

Может я сейчас скажу непопулярную вещь, но квантовая механика не объясняет ПОЧЕМУ. Она говорит КАК считать. Это фундаментально разные вещи.

Копенгагенская интерпретация - "не спрашивай почему, формулы работают". Многомировая - "все варианты реальны". Объективный коллапс (Пенроуз) - "гравитация вызывает коллапс". Пилотная волна (Бом) - "детерминизм есть, но нелокальный".

Все эти интерпретации дают одинаковые предсказания. Ни одна не проверяема экспериментально в сравнении с другой (пока). Значит вопрос "почему вероятность фундаментальна" остается открытым.

Твоя интуиция "вероятность это мера незнания" вполне жизнеспособна в рамках пилотной волны. Там частица ВСЕГДА в определенном месте, просто управляется волной. Эйнштейн порадовался бы.

Большинство физиков предпочитают Копенгаген по привычке. Но "большинство" не значит "правы".

Аватар Дмитрий Планерист

Теория Бома нелокальна, а нелокальность противоречит СТО. Это не "жизнеспособная" интерпретация, это красивый костыль для тех, кому некомфортно с вероятностью

12
Эксперт • 3 ответа

вот неплохое видео на эту тему, Сабин Хоссенфельдер разжевывает и про Белла, и про интерпретации. Она физик и объясняет без воды

https://www.youtube.com/watch?v=ZuvK-od647c

35
Участник • 2 ответа

А может все проще. Может вселенная это симуляция, и "вероятность" это движок рендерит только то, куда смотрит наблюдатель. Зачем просчитывать положение каждой частицы, если никто не смотрит? Оптимизация ресурсов 😄

Шучу. Или нет.

3
Участник • 6 ответов

А вы не задумывались, почему нам так упорно вдалбливают что реальность вероятностна и непознаваема? Кому выгодно, чтобы люди верили что мир хаотичен и непредсказуем?

Эйнштейн был прав. Скрытые переменные существуют. Просто научный истеблишмент задавил все альтернативные теории, потому что копенгагенская школа победила политически, а не научно. Бор был лучшим пиарщиком, не лучшим физиком.

Почитайте про замалчивание работ Дэвида Бома. Его теория полностью детерминистическая и воспроизводит все предсказания КМ. Но его затравили за коммунистические взгляды (маккартизм), и после этого его теорию "забыли". Удобно, правда?

Написать ответ

Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.