Квантовомеханический подход имеет еще одно важное преимущество по сравнению с чисто-логическими философскими рассуждениями. То, что имеет в философии зыбкое логическое обоснование, обретает в квантовой теории конкретное физическое наполнение, часто более емкое по сравнению с философским содержанием.
В качестве примера попробуем сопоставить какое-нибудь квантовомеханическое понятие с философским термином. Поскольку мы много говорили о чистом запутанном состоянии Универсума (ЧЗСУ), давайте, сравним его с “Единым” Платона.
Платон в “Пармениде” путем логического рассуждения приходит к выводу: “ Не правильно ли будет сказать в общем: если единое не существует, то ничего не существует?”. Единое связано с единицей (как числом). Платон исходил из предположения, что множественное произошло от единого (которому можно сопоставить единицу, как число). Это находится в полном соответствии с КМ подходом, согласно которому Единому можно сопоставить вектор состояния (в случае замкнутости), квадрат амплитуды которого, т.е. вероятность, равна единице. Таким образом, все множественное получается разбиением единицы на части и в своей полной совокупности дает единицу. Т.е. вся “числовая сфера”, получается из Единицы. Пишу с большой буквы, т.к. затем при локализации объектов, получаются свои маленькие единицы, которые относятся уже к “проявленным” локальным объектам, поскольку их также часто (в классическом приближении) считают целостными (квазизамкнутыми) “единицами”.
Напомню, что для замкнутой системы квантовомеханическое описание – полное, отсюда можно сделать вывод, что ЧЗСУ – более емкое понятие, чем “Единое” у Платона. Если под Единым он понимал совокупность идей, идеальных форм, сущности вещей, которые присущи только нашему проявленному миру, т.е. все то о чем человек, как часть этого мира, может (или сможет) помыслить, тогда ЧЗСУ, действительно, – более общее понятие, поскольку оно включает в себя “идеи”, которые могут существовать во всех остальных мирах, о которых человек никогда не сможет помыслить, и которые могут даже никогда не реализоваться в классическом виде. В этом отношении ЧЗСУ – совокупность всех возможных Единых, и Единое Платона – лишь очень незначительная часть ЧЗСУ, поскольку оно тогда соответствует лишь одному конкретному варианту реализации вектора состояния из огромного числа других возможных вариантов.
Таким образом, ЧЗСУ – это ЕДИНОЕ ВСЕХ ЕДИНЫХ, и на этом фоне все остальные метафизические концепции “мира идей” кажутся уже мелкими и незначительными по сравнению с совокупной мощью квантовомеханического подхода.
Если взглянуть на вопрос терминологии чуть шире, то можно констатировать, что язык философии с его примитивными бытовыми терминами, с ограниченным запасом слов и понятий, не предназначен для описания сложных и фундаментальных процессов в окружающей нас Реальности. Философам приходится постоянно расширять немногочисленные понятия языка нижнего уровня, чтобы объяснить сложные вещи, для которых нет подходящих терминов, поэтому получается путаница – поскольку каждый расширяет эти понятия по-своему. К тому же приходится каждый раз объяснять заново, что же обозначает данное понятие в каждом отдельном случае. Не случайно во все века философам приходилось писать огромное число томов, чтобы простыми словами объяснить Реальность.
Часто объяснения философов напоминают разговор маленьких детей, которые, зная пять слов, пытаются объяснить друг другу, что такое электрический ток в розетке. Как мы понимаем, ничего путного они сказать друг другу не смогут, пока не изучат физику. Между тем, как в квантовой механике есть уже много общепринятых понятий, которые позволяют вести более осмысленный разговор о фундаментальных вопросах Бытия.
Я утверждаю простую вещь, что, используя язык более высокого уровня, многочисленные тома философов можно уместить в одной фразе.
Могу предложить такую компьютерную аналогию. Можно написать программу на ассемблере, но она будет очень громоздкой и трудно-читаемой (понимаемой), однако можно тот же результат получить, используя язык программирования более высокого уровня (С++). И в этой программе уже можно будет выделить основные блоки и увидеть структурную организацию программы, что практически невозможно было сделать в огромной “простыне” ассемблерных кодов. При этом мы понимаем, что в конечном итоге программа сводится к выполнению машинных кодов, т.е. она “манипулирует” истинными Именами вещей.
Можно призвать: “Давайте изучим машинные коды, и мы сможем понять, управлять и изменять программу по своему усмотрению”. Все философы, эзотерические школы и религиозные течения так и поступали. Ничего плохого я здесь не вижу – это одно из решений. Но успех здесь может быть только эпизодический и очень незначительный, поскольку при таком подходе из сложного “машинного кода” удается “расшифровать” только отдельные “вырванные” строки. А самостоятельно написать достаточно сложную программу, ведущую к нужному результату, становиться практически невозможно, и сопряжено это с героическими усилиями.
Я замечаю, что существует более эффективное решение. Имеет смысл воспользоваться языком программирования более высокого уровня, тогда мы сможем одним щелчком мыши исполнять сотни страниц машинных кодов, которые раньше нам бы пришлось набирать вручную. Язык квантовой механики, как и язык программирования высокого уровня, “концентрирует” в одном операторе, в одной фразе сотни и тысячи более простых имен вещей, выстраивает их в определенном порядке и определяет их “поведение” по отношению друг к другу.
Попробую пояснить на примере. ЧЗСУ, как более “емкое” понятие, невозможно выразить одним словом языка более низкого уровня. ЧЗСУ это и Абсолютная Пустота (Ничто) (нет локальных объектов), и Абсолютная Полнота (есть Все в виде нелокальной суперпозиции), это и Бог, как Творец, как Единый Источник всей классической реальности. Это и Слово, как “инструмент” создания локальных объектов. Это и Свет (для несепарабельных составных частей системы), это и Тьма (для сепарабельных подсистем). Это и Хаос (равномерное распределение энергии), это и Благо (отсутствие потоков энергии). Этот список можно продолжать очень долго. Таким образом “слово” ЧЗСУ имеет более глубокий смысл, чем другие, более простые “слова”. Оно “вмещает” в себя большое количество простых слов, и не просто включает, а выстраивает целую систему отношений между этими простыми словами, объясняя, например, как возникают локальные объекты окружающей нас реальности из нелокального состояния. Более того, поскольку ЧЗСУ является системой нелокальных объектов, т.е. чистой информацией обо всех возможных объектах (совокупность идей, образов и т.д.), можно считать ЧЗСУ личностью, потому что личность – это тоже совокупность мыслей, слов, идей, образов и т.п., которые “принадлежат” одной системе, например, каждому из нас. Здесь мы также видим пересечение с религиозными представлениями о Боге, как отдельной личности.
И еще, что немаловажно, в отличие от других “языков программирования”, квантовая теория подтверждается на экспериментах, и это доказывает, что ЧЗС – это не плод нашего воображения, чем часто грешат философы и эзотерики, придумывая свой “язык программирования”, с огромными “глюками”. Квантовая теория постоянно “тестируется” физическими экспериментами, подтверждающими, что она описывает именно Реальность. Реальность, которой можно “манипулировать” не только изучая примитивные “машинные коды”, но и с помощью более продвинутых и эффективных “инструментов”.
Попытка объяснить что-либо “на словах”, т.е. из чисто-логических соображений, как можно увидеть из истории, не ведет к массовому признанию этого факта и изменению в общественном сознании. Например, можно сколь угодно долго и убедительно логически доказывать объективность существование электрического тока, но люди, которые никогда не видели, как работают электрические приборы, в лучшем случае, воспримут эти слова как красивую сказку.
Тот же Платон в “Федоне” сделал попытку логически обосновать бессмертие души (“Четыре доказательства бессмертия души”), но эти доказательства убедили, увы, не многих. Даже религия, хоть и продвинулась в этом направлении гораздо дальше, однако и она не смогла привести к коренному и необратимому изменению в общественном сознании по этому вопросу. Написано огромное количество литературы, логически обосновывающей бессмертие человеческой души, но, к сожалению, все меньше и меньше людей (особенно в последнее время) которые верят этим доводам.
Я вижу один наиболее надежный способ, который может окончательно и бесповоротно изменить общественное мнение и убедить всех, например, в том же бессмертии души. С моей точки зрения квантовая механика способна решить этот вопрос, развивая новые технологии и разрабатывая технические устройства, основным рабочим ресурсом которых являются нелокальные квантовые корреляции.
По аналогии с электричеством (несколько утрированной), когда любой человек будет знать, что существуют технические устройства (например, квантовый компьютер[2] или уже поступившие в продажу квантово-криптографические системы), которые позволяют каждому убедиться в реальном физическом существовании “тонких” слоев реальности и нелокальный корреляций (на основе которых работают эти устройства), – этот факт будет для человека гораздо более весомым аргументом, чем любые логические рассуждения о Боге и душе.
При этом технические и теоретические тонкости работы такого устройства можно не знать, как многие не знают, как работает телевизор, но сам факт его существования будет бесспорным доказательством существования ЧЗС и тонких планов реальности с высокой мерой квантовой запутанности.
Некоторые могут возразить, что понятия квантовой механики используются мной не по назначению, что их нельзя применять для описания психологии, сознания, различных психотехник типа НЛП или гипноза, эзотерических практик и т.д. Но если оппоненты готовы согласиться с тем, что все вышеуказанные феномены являются элементами Реальности, тогда я осмелюсь утверждать, что понятия квантовой механики, как понятия, введенные для описания Реальности, я использую строго по назначению – для описания Реальности.
Квантовая теория в широком смысле – это не теория “конкретных квантовомеханических объектов”, типа микрочастиц, к которым она, якобы, только и должна применяться. Это наиболее общая теория для любых объектов, я бы даже сказал, что это новый концептуальный подход к объяснению реальности, качественно отличный от “локальной объективной теории” прошлого. И вполне естественной выглядит попытка в рамках этого подхода объяснить явления, которые не находили своего объяснения в рамках более ранних научных теорий. Сила квантовой механики заключается в том, что она способна описать не только физические объекты окружающей реальности, но и “идеальные” объекты. Это становится возможным потому, что физические характеристики объектов (линейные размеры системы, ее масса, скорость и т.д.) не являются исходным понятиями квантовой механики. Она строится совершенно по другому принципу, и основным исходным понятием в ней является понятие состояния объекта. Такой подход может быть применен, как к обычным физическим объектам, так и к тем объектам, которые принято считать “нефизическими” в общепринятом смысле этого слова. Формализм теории при этом остается одним и тем же, что позволяет объединить в рамках единого подхода извечно противостоящие друг другу понятия “материального” и “идеального” и установить основные закономерности их связывающие, т.е. законы их “взаимопревращения”.
Согласно аксиоматике квантовой механики предполагается, что существует полное описание замкнутой системы (состояние), которое выражается (формализуется) лучом в гильбертовом пространстве (вектором состояния, волновым вектором, волновой функцией). И вся суть квантовой механики содержится в этом основном тезисе.
Ранее мы неоднократно употребляли понятия системы, подсистемы, состояния. С учетом предыдущих замечаний дадим теперь наиболее общие определения этим понятиям.
Система – совокупность элементов множества любой природы, подсистема – подмножество той же природы.
Например, совокупность букв алфавита – система, отдельные слова – подсистемы.
Состояние – полное описание системы, например, нужно перечислить все символы, содержащиеся в данном сообщении в соответствующем порядке. Такую систему можно полностью описать в виде вектора состояния.
Сам термин “квантовый” указывает лишь на способ описания системы (объекта). Т.е. выражение “квантовый объект” говорит только о том, что мы хотим поставить в соответствие этому объекту вектор состояния и собираемся описывать его в терминах квантовой механики.
В нашем примере алфавит становится “квантовым алфавитом”, если мы занимаемся квантовой криптографией. Термин “квантовый” сейчас все чаще применяется как способ описания для произвольных систем на более “фундаментальном уровне” по сравнению с классическим описанием. Термин “квантовый алфавит”, например, употребляется в том смысле, что теперь, помимо обычных “классических” букв, мы можем рассматривать их суперпозицию. Иногда, этот термин употребляется как синоним термину “нелокальный” о чем можно догадаться по контексту.
Книга Бытия
Поскольку мы коснулись “квантового алфавита”, здесь я могу предложить некоторую отдаленную “алфавитную” аналогию физического процесса, который вероятно, наиболее сложен для понимания, т.е. процесса “проявления” локальных физических объектов в ГП меньшей размерности из первоначально нелокального состояния в ГП максимальной размерности.
В общем случае, определив n различных символов, мы можем записать вектор состояния для любого текста (сообщения) из L символов, т.е. это будет вектор состояния в nL - мерном гильбертовом пространстве. Представим себе, например, что сообщение это довольно длинное. Пусть это будет большая “Книга Бытия”, в которой описан окружающий нас Мир. Этот текст будет одним из многих других возможных текстов с точно таким же числом символов, причем вероятности “написания” каждого из этих текстов одинаковы. Более правильно будет сказать, что ни одна из этих книг в своем исходном начертании заданными символами не написана. Все возможные тексты существуют только в квантовом суперпозиционном состоянии, т.е. “в проекте”, и существует лишь потенциальная возможность, что заданные буквы займут нужные позиции, и мы получим текст, который нам нужен. Я не случайно подчеркиваю, заданные символы и буквы. Потому что зримый текст самой Книги пишется совсем другими буквами, которые, тем не менее, связаны с исходными символами.
Как происходит “начертание” самого текста, т.е. самой реальности, состоящей уже из локальных объектов можно понять, анализируя известные методы квантовой теории информации. Например, хорошо известно решение вопроса: до какой максимальной степени можно уменьшить размерность ГП без существенной потери информации в исходном сообщении.
В случае текстового сообщения мы можем уменьшить размерность ГП, если зададим определенные законы – правила “взаимодействия” между отдельными символами, и зададим “взаимодействия” между их “конгломератами” (слогами, словами, фразами, выражениями и т.д.). По аналогии с этим, размерность ГП физической реальности уменьшается при наличии взаимодействия между подсистемами, и зависит от соответствующей плотности энергии на данном уровне укрупнения (степени “зернистости”) объектов.
Например, наше сообщение первоначально находилось в пространстве размерностью nL, но в этом же пространстве находились и все другие сообщения с таким же числом символов, вплоть до самых “глупых” посланий, состоящих из одной и той же повторяющейся буквы. В энергетическом представлении последний случай соответствует состоянию с максимальной (минимальной) энергией для данной размерности ГП – максимальному отклонению от равновесного состояния.
Задавая определенные правила “взаимодействия”, мы можем значительно уменьшить число допустимых сообщений, отбрасывая неинформативные, которые нарушают правила (законы взаимодействия). Например, мы можем исключить сообщения, в которых подряд друг за другом стоят пять или больше гласных букв и т.п. Таким образом мы можем выделить из общего ГП типичные подпространства меньшей размерности, например, это могут быть подпространства из слов (для начала можно выделить и слоги).
Далее мы можем каждому слову сопоставить свой символ (один знак, типа иероглифа) и записать наше сообщение в виде “иероглифов”, которых будет уже значительно меньше, чем число букв в нашем исходном сообщении. Мы получаем вектор состояния меньшей размерности в ГП “иероглифов”.
При этом наше исходное нелокальное сообщение никуда не делось, напомню, что если система замкнута, то в ней по-прежнему будут только одни квантовые корреляции в исходном ГП. Таким образом, новое частично-локальное состояние, новое “начертание”, будет существовать параллельно, наряду с исходным нелокальным состоянием.
Далее, мы можем снова уменьшить размерность пространства, вводя новые иероглифы для устойчивых словосочетаний и выражений, которые неоднократно встречаются в тексте и т.д. Действуя таким образом, мы можем получить минимально возможную размерность ГП, в котором еще сохраняется смысл исходного послания, но записано оно будет “китайской грамотой”.
При этом исходное сообщение, которое раньше находилось в нелокальном суперпозиционном состоянии, постепенно, на каждом шаге, как бы обволакивается “плотью и кровью” и приобретает конкретную форму “иероглифов”, поначалу сильно “размытую”, близкую к исходному нелокальному состоянию (слоги), на последнем шаге предельно “плотную”, но сильно удаленную от начертания исходными символами. И в то же время, все эти способы “начертания” различной плотности для каждого конкретного локального объекта, будут существовать все вместе и, по сути, будут формировать его “тело и душу”. Это будет объект, максимально локализованный с одной своей стороны описываемый плотными знаками, и с другой стороны – полностью нелокальный, единый со всем окружением, описываемый исходными, заданными символами.
"В начале было слово…" – это начало самой строгой и фундаментальной теории окружающей нас действительности, которая существует на данный момент, т.е. квантовой теории. Поскольку эта фраза, как нельзя лучше, соответствует квантовой парадигме возникновения реальности из ЧЗСУ, особенно, если ее продолжить дальше:
“В начале было Слово, и Слово было у Бога, и Слово было Бог. Оно было в начале у Бога. Все чрез него начало быть, и без Него ничто не начало быть, что начало быть” (Ин. 1, 1-3).
Наиболее общей теорией можно считать ту теорию, которая включает в себя и “теорию слова” и “теорию атома” и с единых позиций способна объяснить и то, и другое. Более того, способна указать на механизм, связывающий “слово” с “атомом”, и каким образом они взаимодействуют друг с другом, и как влияют друг на друга – опять мы приходим к квантовой механике.
Естественно, что описание в терминах вектора состояния имеет свои достоинства и свои недостатки, это лишь некоторое приближение к реальным процессам, но оно способно “ухватить” и описать некоторые физические процессы и явления, которые раньше не могли быть описаны.
Любая теория – это модель реальности, естественно, как и любая другая модель, она не может заменить собой реальный объект. Когда мы говорим об описании реальности, – всегда оно (описание) будет являться лишь некоторым приближением к физической реальности. Очевидно, что любой реальный объект, который мы моделируем, намного “богаче” по своим свойствам и характеристикам, чем та модель, которая его описывает. Моделируя реальные процессы и, сопоставляя теоретические результаты с объектом исследования, теоретические модели постоянно уточняются, приходит более глубокое понимание различных физических процессов и явлений.
В любом случае наука, и квантовая теория в частности, как модель реальности, всегда будет намного беднее самой Реальности, беднее Божественного предначертания и Божественного мироустройства.
В науке любое физическое понятие и представление, в том числе и ЧЗС – это не абсолютная Истина, которая не содержит “изъянов”. Это лишь теоретический инструмент, который используется, например, для создания реальных практических вещей и технических устройств типа квантового кодировщика передаваемой информации или квантового компьютера. Всегда остается возможность “усовершенствовать” этот инструмент, и если “новая версия” ЧЗС окажется более эффективной для создания еще более совершенных квантовых устройств, она тут же будет принята “на вооружение”. Процесс познания – бесконечен. Естественно, что через какое-то время наши нынешние квантовомеханические представления и модели будут выглядеть очень наивными и примитивными. Будут разработаны более содержательные модели и подходы, способствующие более глубокому пониманию окружающей реальности.
Но пока нам дай-то бог, разобраться с теми результатами, которые уже получены, и как-то их осмыслить, непротиворечивым образом введя в круг своего мировоззрения.
Заключение
Ученые часть дела сделали. Наработан огромный теоретический и экспериментальный материал, результаты опубликованы в ведущих научных журналах и монографиях. Статей столько много, что в них легко утонуть и не увидеть тех основных результатов, которые имеют фундаментальное значение. К тому же ученые очень осторожны в философской оценке. И это правильно, поскольку такая оценка всегда субъективна и носит спекулятивный характер. Не является исключением и данная статья, которая во многом отражает мою личную точку зрения, с которой многие не согласятся.
Но есть и объективные факты – теоретические выводы, результаты экспериментов, которые необходимо уложить “по полочкам” и построить непротиворечивую согласованную модель окружающей нас реальности, поскольку уже очевидно, что те результаты, которые получены, не укладываются в рамки старых общепринятых представлений. Работа эта трудная и потребует согласованных усилий многих и многих специалистов из самых различных областей. Мы пока находимся в самом начале этого процесса, и сама квантовая теория еще может претерпеть существенные изменения, но фундамент уже заложен, и на эту основу уже можно опереться.
Создавая новый журнал, мы приглашаем к дискуссии тех, кому интересны затрагиваемые вопросы, и кто мог бы участвовать в их обсуждении. Журнал мы назвали “Квантовая Магия”. Слово “магия” здесь имеет много оттенков. Это и очарование, красота квантовой теории, и ее невероятные потенциальные возможности, поистине “магические” по сравнению с другими теориями. Здесь и намек на то, что квантовая теория – это инструмент не только для ученых, но и для каждого из нас, поскольку она дает возможность каждому человеку существенно продвинуться в своем развитии.
Надеемся, что наш журнал не будет слишком скучным и принесет вам хоть какую-то пользу.
Благодарности
Хочу поблагодарить всех участников форума сайта “Физика магии”, общение с которыми сыграло неоценимую роль при написании данной статьи и способствовало более четкой формулировке моего подхода к сопоставлению результатов квантовой теории с философскими и религиозными вопросами. Отдельно хочу отметить неординарно мыслящего собеседника, скрывающегося под ником ономатодокс. Как он может убедиться, в текст данной статьи вошли отдельные моменты, затронутые нами в совместной дискуссии.
Литература
[1] E. Joos, H.D. Zeh, C. Kiefer, D. Giulini, J. Kupsch and I.O. Stamatescu "Decoherence and the Appearance of a Classical World in Quantum Theory" (Springer-Verlag 2003).
[2] W.H. Zurek, Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical, Rev. Mod. Phys. 75, 715 (2003) Доступная версия этой статьи в архиве препринтов: http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/0105127
[3] E. Joos, http://www.decoherence.de/
[4] И.В. Баргатин, Б.А. Гришанин, В.Н. Задков, Запутанные квантовые состояния атомных систем, УФН 171 (6), 625 (2001).
[5] V. Vedral, The role of relative entropy in quantum information theory, Rev. Mod. Phys. 74, 197 (2002).
[6] S. Ghosh, T.F. Rosenbaum, G. Aeppll and S.N. Coppersmith, Entangled quantum state of magnetic dipoles, Nature 425, 48 (2003).
[7] V. Vedral, Entanglement hits the big time, Nature 425, 28 (2003).
[8] http://142.103.234.46/Conferences/QMLS_2/Overview/Page, http://www.pims.math.ca/birs/workshops/2003/03w5096/ .
[9] A. Cabello, Bibliographic guide to the foundations of quantum mechanics and quantum information, quant-ph/0012089.
[1] M. Gell-Mann, at the annual meeting of the American Association for the Advancement of Science, Chicago 11 Feb. 1992. Reported in T. Siegfried, The bit and the pendulum. From quantum computing to M theory- The new physics of information, Wiley, New York, 2000., pp.177-178.
[2] Лидером здесь является группа Исаака Чанга. В 1998 г. ими был создан 3-кубитный, в 2000 г. 5- кубитный и последнее достижение этой группы – 7- кубитный квантовый компьютер: L. M. K. Vandersypen, M. Steffen, G. Breyta, C. S. Yannoni, M. H. Sherwood, Isaac L. Chuang, Nature 414, 883-887 (20 Dec 2001). Как выглядит такой компьютер можно посмотреть здесь: http://domino.research.ibm.com/comm/bios.nsf/pages/quantum.html 7 кубитов оказалось достаточно, чтобы на практике осуществить реализацию квантового алгоритма П. Шора по разложению на простые множители числа 15, было получено 3 и 5. На первый взгляд достижения скромные, однако, стоит иметь ввиду, что N кубитов заменяет 2N обычных бит, т.е. зависимость экспоненциальная, добавление одного дополнительного кубита увеличивает возможности квантового компьютера в два раза. Если 7 кубитов это всего лишь 128 классических бит, то, например 30 кубитов это уже 109 классических бит, а 100 кубит заменит 1030 обычных бит информации – просто гигантское число.