Сергей Доронин - Квантовая магия

На Вселенную иногда смотрят как на скопление энергетических полей. Такой взгляд хорошо соответствует представлениям квантовой теории, в которой доказывается, что «все есть энергия», что энергия — это основная величина, определяющая состояние системы (любого размера, вплоть до Универсума), и, исходя из энергетической характеристики объекта, можно определить среднее значение других физических величин, характеризующих систему. Более того, квантовая теория сегодня способна количественно описать, как возникают все эти «скопления энергетических полей», как появляются локальные энергетические объекты с различной плотностью энергии, в том числе и наш плотный предметный мир, из нелокального квантового источника, в котором изначально нет никаких энергетических неоднородностей. Квантовая теория способна описывать как переходы объекта из менее плотного энергетического состояния в более плотное, так и обратный процесс.

В квантовой механике нет таких проблем с понятием «энергия», как в классической физике, где нет четкого и однозначного ее определения. В квантовой теории эта величина вводится непосредственно из аксиоматики квантовой механики, исходя из основополагающего понятия «состояние». Каждому состоянию в квантовой теории соответствует определенное значение энергии, то есть энергия квантуется в соответствии с различными состояниями системы.

Можно сказать, что энергия в квантовой теории — это обобщение всех известных (и неизвестных) энергий в классической физике, и она связана лишь с состоянием системы. В квантовой теории просто не может быть никаких неизвестных энергий, поскольку в качестве энергии мы можем задать любую (разумную, подходящую) функцию состояния системы. Можно задать и целый набор таких функций, то есть рассматривать совокупность энергий тварногои нетварногомира. Любое изменение состояния системы, например, любая наша мысль, чувство, желание и т. п., с точки зрения квантовой теории, связаны с изменением ее энергии, поскольку последняя — это функция состояния системы, и если меняется состояние — меняется и энергия.

Понятие «состояние» в квантовой механике непосредственно не связано с привычными классическими характеристиками системы (массой, скоростью и т. д.). Эти величины вторичны, и для нелокальных состояний они просто неприменимы. Энергия в этом отношении — более универсальная величина, ее можно использовать во всех случаях. Для физических объектов (если мы не рассматриваем, например, в терминах квантовой теории текстовое сообщение) состояние системы может быть описано в терминах одной ее характеристики — энергии. Обычно предполагается, что энергия должна быть определена в некотором заданном интервале. Все наблюдаемые физические величины, в том числе классические, можно получить из матрицы плотности. В случае замкнутой системы матрица плотности записывается через вектор состояния в виде проектора. Таким образом, матрица плотности в энергетическом представлении (и вектор состояния для замкнутой системы) отражает реальное, объективное состояние системы с определенным энергетическим спектром.

В целом, можно сказать, что квантовая теория изучает физические законы, которым подчиняются любые энергетические структуры (независимо от их размера и типа энергии). В настоящее время квантовая механика приступила к изучению физических процессов, в результате которых энергетические структуры возникают из нелокального состояния и уплотняются (декогеренция), а также обратных процессов — разуплотнения энергетических структур, перехода их в менее плотное состояние (возрастание квантовой запутанности), вплоть до полного «растворения» и потери своей внутренней структуры — чистого нелокального состояния. Особо подчеркну, что это не просто теоретизирование. То, что эти процессы действительно существуют в окружающем мире, подтверждается многочисленными физическими экспериментами, которые показывают адекватное соответствие теоретическим предсказаниям. Более того, эти процессы применяются на практике в технических устройствах, о чем уже неоднократно упоминалось.

Квантовая теория информации устанавливает связь между мерой квантовой запутанности и информацией. Это позволяет рассмотреть декогеренцию как процесс перехода Слова в его осязаемую форму. В терминах Кастанедыэто относится и к физическому процессу, при котором наша мысль, команда, точнее, наше «намерение» становится «командой Орла» и реализуется в плотном мире. Кроме того, связь между энергией и квантовой информацией дает возможность сделать еще один вывод: все энергетические процессы связаны с процессами информационными, и на фундаментальном уровне Универсума, в нелокальном ( нетварном) источнике Реальности все энергетические процессы в подсистемах сводятся кинформационным. На фундаментальном уровне нет ничего, кроме квантовой информации, которая в процессе декогеренции проявляется в пространствах меньшей размерности в виде локальных объектов и тварных энергий.

Поскольку термин «энергия» будет часто встречаться в последующих главах, я попытаюсь пояснить, что же подразумевается под этим понятием в контексте этой книги. Тем, кто желает более подробно узнать, как из самых простых соображений в квантовой теории вводится понятие «энергия», могу порекомендовать прочесть первые главы курса «Статистической термодинамики» Ч. Киттеля. Этот курс интересен тем, что вся термодинамика здесь очень легко и достаточно строго выводится из простейшей квантовомеханическоймодели из (не взаимодействующих!) элементарных магнитиков с двумя ориентациями магнитного момента (вверх/вниз).

Но для начала — несколько слов об основах квантового подхода к описанию макроскопических процессов.

Как пишет Киттельв предисловии [70] Киттель Ч. Статистическая термодинамика. М.: Наука, 1977. С. 9. : «Статистическая термодинамика представляется удивительно легким предметом, если при ее изучении придерживаться последовательной квантовомеханической точки зрения, в основе которой лежит понятие состояний всей системы, независимо от того, велика она или мала» .

И далее, в начале первой главы: «В настоящее время мы знаем, что статистическую термодинамику легче изучать с позиций квантовой механики, чем на основе классической механики времен Гиббса. Это обстоятельство неудивительно, поскольку квантовая механика дает правильное описание природы, тогда как на атомном уровне описание в рамках классической механики является неполным. Только переведя принципы Гиббса на язык квантовой механики, мы приходим к ясному, последовательному и простому физическому обоснованиюкак термодинамики, так и статистической механики. В процессе такого перевода существенно использование только одного-единственного понятия квантовой механики, а именно — понятия о стационарном квантовом состоянии системы частиц».