Кот жив

;Предисловие;

Физик Стивен Хокинг однажды воскликнул: «Когда я слышу про кота Шрёдингера, моя рука тянется за ружьём!»
Как же я его понимаю! Когда я слышу про кота Шрёдингера, я испытываю аналогичные чувства. Мне, определённо, хочется что-нибудь сломать (или – кого-нибудь). Квантовая механика на пару с её чудесным домашним котом Шрёдингера породили ужасное чудовище – веру. Они породили настоящего идола, которому, вероятно, поклоняются многие учёные, и имя этому религиозному феномену – суперпозиция!

Но, с вашего позволения, я не буду варваром и попробую разобраться в этом вопросе с моей точки зрения, пользуясь исключительно «кухонной» логикой бытового применения, простой в понимании и доступной каждой домохозяйке.
Для рассуждений наравне со мной читателю не понадобятся глубокие познания в высшей математики, физике, и (О, Атом, упаси!) – квантовой механике. Признаться, я и сам не разбираюсь во всём этом. Читателю для того, чтобы успевать за ходом моих мыслей, понадобятся лишь небольшие познания в логике и булевой алгебре (если их у читателя нет, то это не страшно, ибо далее я великодушно проведу краткий экскурс в эти сферы науки).
Предисловие затянулось, что ж, пора начинать. Краткий план моего повествования выглядит следующим образом. Вначале я изложу проблематику вопроса, связанную с котом Шрёдингера, и предоставлю возможность читателю сформировать свои собственные суждения по этому поводу, я поясню, в чём же заключается «магическая» и даже религиозная составляющая этого вопроса. Для возможности понимания моего мысленного эксперимента я расскажу вкратце о булевой алгебре. Затем я приведу «свой» мысленный эксперимент, выводы по которому будут предоставлены для размышления читателю, который, как я надеюсь, сделает на их основании собственные, определённо, здравые и сильные выводы.
Не зря я написал слово «свой» в кавычках… Такова цена жизни в 21-ом веке – разочарования в том, что всё уже давно придумано до нас, а нам лишь остаётся пользоваться и наслаждаться плодами чьей-то работы. Как только тебе показалось, что ты – гений, и, что ты придумал новую идею, как выясняется, что её уже придумали до тебя, а ты лишь повторно её «переоткрыл». Так же случилось и с автором этих строк в тот самый вечер, когда он, всё это обдумав, решил «положить их на бумагу», а позже нашёл соответствующие материалы в интернете, подтверждающие, что его мысли и выводы были уже придуманы кем-то раньше.

; Глава 1. Кот Шрёдингера ;

Прежде чем начать свои рассуждения, представляю вам цитату за авторством самого Эрвина Шрёдингера:
«Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска*. Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях.
Типичным в подобных случаях является то, что неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять «модель размытия» как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана.»
* Бурлеск – жанр пародийной поэзии, комический эффект которой достигается контрастом между темой и характером ее интерпретации — изображение «низких» предметов «высоким» стилем. Далее читатель заметит, что мы в своих рассуждениях пойдём в этом жанре даже дальше Шрёдингера. (прим. автор.)
Теперь языком попроще. Загадка кота Шрёдингера утверждает, что, поскольку, внешний по отношению к коробке с котом наблюдатель не производит непосредственного наблюдения за котом (коробка закрыта и кота не видно), то невозможно сказать однозначно со 100 % вероятности что, например «Кот, определённо, жив!», или наоборот, что «Кот, определённо, мёртв!». С этим бытовая логика ещё способна согласиться. Да, и правда, сказать однозначно жив кот, или же мёртв, весьма затруднительно, ибо наблюдатель не видит кота. Далее. Из этого обстоятельства делается вывод о том, что, поскольку возможных состояний кота ровно два, и ни одному из них нельзя отдать большего предпочтения, то, не мудрствуя лукаво, предпочтение отдаётся сразу обоим утверждениям! То есть, принимается за истину то, что кот ОДНОВРЕМЕННО и жив и мёртв. И это я не шучу. Именно это и утверждает мысленный эксперимент с котом Шрёдингера и квантовая механика. Это состояние кота называется словом «суперпозиция» – состояние, в котором кот в один и тот же момент времени и жив и мёртв. Вот тут бытовая логика уже начинает сдавать свои позиции и всячески препятствовать пониманию этого явления. Логика подсказывает, что, как показывает опыт, вещи, обычно, бывают строго в одном из нескольких состояний, и, уж тем более, если речь идёт о жизни и смерти. В случае с котом, логика подсказывает, что он должен быть либо наверняка мёртвым, либо наверняка живым, третьего не дано. Однако квантовая механика говорит нам, что кот находится сразу в обоих состояниях. И в это утверждение многие верят и принимают его за истинное. В этом и заключается «магия» физики квантовой механики. Принимается на веру тот постулат, который позволяет описать состояние кота, хоть принять принципы этого постулата всячески противится здравая бытовая логика любого человека. И, как мне кажется, неспроста логика сопротивляется слепой «вере».

; Глава 2. Основы булевой алгебры ;

Булеву алгебру понять очень просто, ибо она работает всего с двумя сущностями – «истина» и «ложь». Если какое-то событие истинно в нормальном здравом понимании любым человеком понятия «истинна», то его состояние равняется «истине». Если же событие ложно – то его значение равняется «ложь». Если я делаю утверждение «Это яблоко красное», в то время, когда цвет яблока зелёный, то считается что моё утверждение «ложно», если же я делаю утверждение, что «Это яблоко жёлтое», в то время, когда цвет яблока и в самом деле жёлтый, то моё утверждение считается «истиной». Над сущностями «истина» и «ложь» возможны некоторые логические операции, одной из который, очень популярной, является логическая операция «конъюнкция» – в русском языке эту операцию представляет союз «И». Так, если я делаю логическую операцию «И» над двумя сущностями, то итогом такой операции будет третья сущность, которая, в свою очередь, будет «истинной» или «ложной». Например, если я держу в руках два красных яблока и делаю заявление «Первое яблоко красное И второе яблоко красное» то всё это моё утверждение будет «истинно» в целом, ибо логической операцией «И» я «объединил» два истинных суждения в одно. Несложно заметить, что если бы одно из яблок (причём, неважно какое – первое или второе, или оба сразу) было бы на самом деле зелёным, а я сделал бы точно такое же утверждение – «Первое яблоко красное И второе яблоко красное», то я бы соврал, и в целом моё суждение было бы неверным. Таким образом, логическая операция «И» булевой алгебры будет давать истинный результат только тогда, когда она «объединяет» два заведомо истинных утверждения. Если одно из утверждений будет ложно, или, если будут ложны оба утверждения, то ложным будет и результат операции «И». Второй, не менее популярной логической операцией в булевой алгебре, является операция «отрицание» – в русском языке эту операцию представляет частица «НЕ». Важной особенностью этой операции является то, что, будучи реализованной над каким-либо утверждением, неважно – «истинным» или же «ложным», результатом такой операции будет сущность с логическим значением ровно противоположным исходному. Так, логическому значению «истина» противоположным является значение – «ложь», и наоборот. Например, если я держу в руке зелёное яблоко и делаю утверждение «Это яблоко красное», то моё утверждение «ложно». Теперь применим логическую операцию «НЕ» над моим утверждением. Получаем новое утверждение «Это яблоко НЕ красное», и уже это утверждение «истинно», ибо яблоко и в самом деле не является красным. Новое утверждение не говорит, какого точно цвета яблоко, оно лишь утверждает, что оно точно не красное, и в этом отношении с новым утверждением не поспоришь, оно действительно «истинно».
Изящно и просто!

; Глава 3. Парадокс Вигнера ;

В тот момент, когда я был окрылён тем, что, как я думал, придумал логическое опровержение принципа суперпозиции касательно кота в загадке Шрёдингера, я решил, что было бы здорово написать обо всём этом небольшой рассказ, а для этого было бы здорово ещё и почитать на эту тему соответствующих материалов, чтобы быть чуть более подкованным в данном вопросе. Через пять минут после того, как я вышел в интернет, я уже сидел с кислой физиономией – моя «гениальная» идея там уже была расписана. В Википедии она называется «Парадокс Вигнера», вот выдержка с самого сайта энциклопедии:
«Это усложнённый вариант эксперимента Шрёдингера. Юджин Вигнер ввёл категорию «друзей». После завершения опыта экспериментатор открывает коробку и видит живого кота. Вектор состояния кота в момент открытия коробки переходит в состояние «ядро не распалось, кот жив». Таким образом, в лаборатории кот признан живым. За пределами лаборатории находится друг. Друг ещё не знает, жив кот или мёртв. Друг признает кота живым только тогда, когда экспериментатор сообщит ему исход эксперимента. Но все остальные друзья ещё не признали кота живым, и признают только тогда, когда им сообщат результат эксперимента. Таким образом, кота можно признать полностью живым (или полностью мёртвым) только тогда, когда все люди во вселенной узнают результат эксперимента. До этого момента в масштабе Большой Вселенной кот, согласно Вигнеру, остаётся живым и мёртвым одновременно».
Теперь я поделюсь с читателем той версией в чистом виде, которая родилась в моём мозгу. И именно здесь мы пойдём дальше Шредингера в искусстве бурлеска, введя в нашу историю мудрого учёного в роли кота-наблюдателя. Представим, что есть коробка, в которой находится кот-наблюдатель. Вместе с этим котом-наблюдателем в коробке находится «адская машина» из классического эксперимента Шрёдингера, и ещё там находится самая обычная классическая коробка с классическим котом Шрёдингера, а наш кот-наблюдатель ставит классический опыт с котом Шрёдингера над этой коробкой. Мы же, в свою очередь, ставим такой же опыт, но мы находимся в самом верху этой матрёшки опытов. Таким образом, мы имеем наблюдателя за коробкой, в которой находится наблюдатель с ещё одной коробкой. Для нас, как для наблюдателя самого верхнего уровня, оба кота находятся в состоянии суперпозиции, то есть, оба кота одновременно и живы и мертвы, ибо мы их непосредственно не наблюдаем. Сформулируем это утверждение более чётко по правилам булевой алгебры для кота во второй (самой «нижней») коробке, за которой наблюдает кот-наблюдатель – для самого «нижнего» кота. Скажем это так: «Нижний кот жив И нижний кот мёртв». Обратите внимание, что я использую логическую операцию «И». По принципам суперпозиции квантовой механики, сделанное мною утверждение должно быть «истинным». Теперь же представим себе, что более «верхний» кот-наблюдатель открывает коробку с «нижним» котом, за которым он смотрит (для которого, кстати говоря, «нижний» кот тоже жив И мёртв одновременно, но лишь до тех пор, по утверждению квантовой механики, пока он не откроет и не посмотрит, чтобы убедиться, в каком же состоянии наверняка находится «нижний» кот). Теперь «верхний» кот знает наверняка, например, что внутренний кот жив. Для «верхнего» кота это теперь неоспоримый факт, и он делает утверждение, которое, без всяких сомнений, истинно: «Нижний кот жив». Он может сформулировать это ещё одним образом, сказав, что «Нижний кот НЕ мёртв».
Теперь рассмотрим, какие же утверждения в этот же самый момент делаем мы – самый «верхний» наблюдатель – о самом «нижнем» коте. Самый «верхний» наблюдатель не знает истинных выводов «верхнего» кота о «нижнем» коте, и он делает – вспоминаем уже написанное выше – утверждение: «Нижний кот жив И нижний кот мёртв». Сравним имеющийся два истинных заявления «верхнего» кота, который знает правду, с нашими. Два из них совпадают, а именно «Нижний кот жив», но два из них различаются, а именно истинное «Нижний кот НЕ мёртв» и наше «Нижний кот мёртв». Легко заметить, что наше утверждение является результатом логической операции «НЕ» над утверждением «Нижний кот мёртв». Из наблюдений «верхнего» кота известно, что заявление «Нижний кот НЕ мёртв» является «истинным», а значит, ему противоположное заявление является «ложным». Так, заявление «Нижний кот НЕ НЕ мёртв» будет ложным, а, поскольку, в булевой алгебре два подряд идущих «НЕ» взаимно уничтожаются (как перемножение двух отрицательных единиц в математике) с сохранением логического значения утверждения, то полученное утверждение «Нижний кот мёртв» так же будет «ложным». Из этого следует, что в логической операции "Нижний кот жив И нижний кот мёртв" фигурирует одно "ложное" утверждение, а это значит, что и всё утвержнение, полученное в результате такой логической операции, "ложно".

; Выводы ;

Не слишком ли высокомерно считать факт наблюдения решающим в принятии вселенной решения о своём состоянии? Не слишком ли мы — люди — производящие наблюдения за вселенной и протекающими в ней процессами, высокомерны, наделяя себя — наблюдателей — способностью вершить судьбы котов?...

Я считаю, что слишком. Тот факт, что некоторый способ позволяет описать некоторые явления, хоть и полученные описания никаким образом не помещаются в логически мыслящем сознании, не значит, что этот способ описания, порождающий сказочные образы и процессы, является лучшим вариантом, чем искреннее и заслуживающее уважения «Я пока не знаю, как это работает».


13 мая 2018