На что похожа квантовая частица до того, как ее измерили?

То, как вы задавали вопросы, похоже, подразумевает, что вы придерживаетесь метафизики субстанции . Но мне кажется, что то, как развивалась современная физика, представляет собой метафизику , явно основанную на процессах . Таким образом, как правило, если вы задаете действительно фундаментальные вопросы, такие как «что такое частица», физики не смогут сказать, что это такое , а также они смогут сказать вам, что она делает.учитывая определенную ситуацию. Поэтому, если вы хотите получить реальный ответ на свой вопрос, вам нужно задать вопрос, поставленный в рабочем порядке. (Например, что происходит с электронами, когда они стреляют прямо в металл под действием сильного поля Е? Что, если они стреляют в кристалл? Подсказка: произойдет совсем другое.) Тем не менее, поскольку физики вообще не обращают внимания на философские материи, они задают именно ваш вопрос , и хотя их ответы увлекательны, их также можно назвать абстрактным бредом .

Никто не знает. Мы моделируем их как волнообразные возмущения соответствующего поля нулевой точки для интересующих нас характеристик. Но поле нулевой точки — это просто ярлык, на который можно навесить базовую математику, и мы понятия не имеем, имеет ли это какой-либо онтологический смысл. или. И, как я обнаружил на Physics SE, есть много фундаментальных вопросов, для которых эта квантовая теория поля (КТП) не имеет прямой модели и просто ускользает от них.

Стандартный подход состоит в том, чтобы просто игнорировать онтологические проблемы и просто использовать математику, выдумки и все такое для предсказания экспериментальных результатов.

Любая попытка создать реальную физическую концепцию известна как интерпретация теории. При условии, что интерпретация логически согласуется с математикой, она не может быть фальсифицирована. Таких интерпретаций великое множество, и я уверен, что вы уже это обнаружили. Копенгагенская интерпретация утверждает, что не существует такой лежащей в основе реальности, имеющей отношение к научному исследованию, и поскольку все эти попытки не могут быть фальсифицированы, они представляют интерес только для метафизиков.

На самом деле, это еще хуже. Исторически онтологическая реальность вещей, фигурирующих в уравнениях (например, квантовых полей), временная причинность и исключение сверхсветовых или нелокальных влияний считались само собой разумеющимися. Однако благодаря знаменитому феномену запутанности мы обнаружили, что эти три вещи — причинность, местничество и реализм — не могут быть истинными. Физикам остается ломать голову над тем, какие из них ложны и что они могут захотеть проверить в лаборатории. Поскольку это имеет философские последствия, по крайней мере, столь же глубокие, как и научные, наблюдение Эйнштейна о том, что из ученых получаются плохие философы, в данный момент скорее возвращается домой.

Опять же, часть этой проблемы заключается в том, что уравнения квантового поля устанавливаются на уже существующей стадии пространства-времени Эйнштейна. Некоторые физики предполагают, что на самом деле пространство и/или время могут быть эмерджентными свойствами динамических квантовых систем. В таком случае квантовые уравнения должны быть соответствующим образом переработаны, но мы понятия не имеем, к чему стремиться. Так что мы даже не знаем, на каком игровом поле мы находимся, не говоря уже о том, в какую игру на нем играют. Несмотря на это, свод правил, который мы составили для игры, вероятно, является величайшим интеллектуальным достижением человечества на сегодняшний день.

Квантовые частицы моделируются как возбуждения основного квантового поля. Итак, электрон — это возбуждение электронного поля, мюон — это возбуждение мюонного поля и так далее. Это называется квантовой теорией поля и представляет собой хорошо развитую область физики.

Квантовые объекты полностью разрушают нашу интуицию, когда мы пытаемся их понять (причина, по которой Фейнман заявил в своей лекции, что « если вы думаете, что понимаете квантовую механику, вы не понимаете квантовую механику »). Довольно сложно определить, что такое квантовая сущность. Подобно тому, как сфера есть нечто, что не есть остальное ограниченное ею пространство, сущность есть то, что не есть остальная вселенная, но где, когда, что, как пределы квантовых сущностей? На данный момент нет согласия по этому поводу. Возможно, будет приемлемо сказать, что квантовая сущность — это, по сути, математическая модель, идея, концепция, которая при использовании для предсказания определенного поведения работает очень хорошо.

Старайтесь не подходить к квантовым сущностям как к предметам нашего повседневного опыта. Они не. Итак, вы, возможно, ушли не с той ноги, когда вас спросили «на что похоже __»: сходства мало. Вот пара советов, которые могут помочь вам начать (надеюсь, я прав, я далеко не эксперт):

Статика: существование в квантовой вселенной кардинально отличается .

Природа в квантовом масштабе отличается от того, что мы привыкли воспринимать, в макроскопическом масштабе. Макроскопические объекты имеют форму, занимают пространство, остаются статичными во времени, не двигаются, не исчезают, могут разбиваться на части и т. д.

Но малые объекты в масштабе квантовой механики «являются» просто другими. Я процитировал слово «есть», потому что они существуют по-другому. Часть их существования определяется наблюдателем (вами, когда вы «наблюдаете» квантовую сущность), а часть — правилами, а не восприятиями. Итак, простыми словами, существование квантовой сущности для вас зависит от того, что вы делаете, и от определенных правил. Это сильно отличается от пляжного мяча, который останется в песке, если нет ветра, если вы не смотрите, или если он не теряет давление воздуха. Если бы пляжный мяч вел себя как квантовая сущность, это было бы не то, к чему мы могли бы прикоснуться, а то, что мы чувствуем в воздухе (на самом деле они не существуют в космосе); на берегу бы не лежала, а наверноевсе время лежать на пляже (согласно волновой функции); это было бы как ветерок и в то же время буря; не одно или другое, а оба одновременно (суперпозиция); как только вы ударите его — что-то, что может произойти или нет — он может просто появиться на другой стороне пляжа, не пересекая все пространство над ним (квантовый скачок); он может существовать одновременно в нескольких пространствах или вести себя в зависимости от другого мяча на том же пляже (запутанность) и т. д. Он может даже изменить прошлые действия, когда вы его пинаете (см. эксперимент Уилера)!

Обратите внимание, что я процитировал «наблюдайте» и сказал «что вы делаете», а не «то, что вы воспринимаете». Это потому, что мы не можем напрямую смотреть на квантовые сущности, потому что они размером с те же самые фотоны, которые мы получаем в наших глазах. Это приводит к следующей подсказке:

Динамика: «наблюдать»/«измерять» квантовую сущность в книгах на самом деле означает «взаимодействовать с ней» .

Поскольку мы не можем напрямую наблюдать или измерять квантовые объекты — даже с помощью микроскопа — нам необходимо взаимодействовать с ними. Итак, наблюдение в квантовой механике — это не пассивный, а активный процесс.

Мы делаем это, по сути, «запуская» другие «частицы» против квантовой сущности, что похоже на бросание камней в камень, чтобы узнать его цвет (к счастью, у нас были чрезвычайно умные ученые, которые нашли способы дать эквивалентные ответы в эквивалентных условиях). ). Я процитировал «частицы», потому что квантовая сущность на самом деле не частица, а возбуждение чего-то, называемого полем, которое более или менее похоже на звук в воздухе. И я процитировал «запуск», потому что мы не можем «запустить» что-то, что не является частицей, но мы знаем, как создать некое явление, которое позволяет взаимодействовать между двумя квантовыми сущностями, что является чем-то довольно сложным. Следуя нашей аналогии, это не то же самое, что слушать звук из определенной точки в пространстве.

Понятия взаимодействия (действие, реакция, причинность, последовательность и т. д.) нашего повседневного опыта не имеют прямых эквивалентов в КМ.

Аналогия, которую я обычно использую, состоит в том, что частицы подобны узлам или изнаночным нитям в ткани. Если вы представляете себе энергетическое поле как гладкий континуум (трехмерный эквивалент двумерного листа ткани), а затем представляете, что ткань каким-то образом зацепилась или запуталась в комок, то этот комок кажется как что-то отличное от окружающего гладкого поля. Но это главным образом уловка топологии.

Я имею в виду, в чем суть узла до того, как он будет завязан? Измерение, так сказать, «завязывает узел», а до этого все, что у нас есть, — это потенциал узла .