Квантовый мир без парадоксов и математики

- Почему квантовый мир парадоксален?
- Корпускулярно-волновой дуализм существует, но невозможен?
- Измерение меняет мир или создаёт миры?
- Может ли время идти вспять?
     Квантовая физика насыщена парадоксами. Нильс Бор писал: «Если квантовая теория не потрясла тебя - ты её ещё не понял». Уже в XXI веке Сет Ллойд говорит о том же: «как бы вы ни относились к квантовой механике, если попытка понять её вызывает у вас головокружение, это хороший знак». А Джеймс Трефил высказался откровеннее: «Для себя я сформулировал следующий подход к квантово-механическим эффектам: как только "внутренний голос" начинает твердить "такого не может быть!", нужно спросить себя: "А почему бы и нет? Откуда мне знать, как всё на самом деле устроено внутри атома? Разве я сам туда заглядывал?"». Но разве для того, чтобы понять физическую логику, обязательно туда заглядывать? Многое можно понять, зная основные законы изучаемой среды. В основе классической физики, изучающей обычный для нас макромир, лежат законы сохранения, принципы симметрии и причинности. По своей сути это аксиомы, подтверждённые всем опытом человечества.
     Парадоксальность микромира может быть связана с тем, что в нём НЕ ВСЕ ЭТИ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВУЮТ ТАК, КАК МЫ ПРИВЫКЛИ – его аксиоматика в чём-то иная.
     Математическая модель процессов микромира позволяет рассчитывать квантовые эффекты с точностью, недостижимой в классической физике. Гордясь этим, физики-атомщики порой говорят, что им уже всё ясно и ничего больше объяснять не надо. Но теоретики знают, что объяснено далеко не всё.
     Например, на уровне квантов нарушается принцип локальности (близкодействия). Это подтверждено экспериментально, но не объяснено теоретически. Со школы мы знаем выражение «корпускулярно-волновой дуализм». Но корпускула (частица) – это нечто цельное, а волну создаёт множество. И эти несовместимые в макромире сущности в квантовом как-то совмещаются.
     На квантовом уровне действует принцип неопределённости, обнаруженный Вернером Гейзенбергом: чем точнее измерена одна характеристика, тем менее точно можно определить другую, парную. Например, чем лучше известно положение частицы, тем неопределённее импульс. И речь не о нашем знании, а о самих параметрах: они ОДНОВРЕМЕННО имеют различные значения. Измерение сужает диапазон одного параметра и расширяет – другого. Это отчасти похоже на свойства волны, но в макромире измерения не изменяют измеряемое.
     Сет Ллойд говорит об эффекте измерения так: «Каждое взаимодействие с электроном, молекулой воздуха, частицей света локализует систему. Большие объекты взаимодействуют с большим количеством небольших объектов, каждый из которых получает информацию о местоположении большого объекта. Поэтому большие объекты, как правило, обнаруживаются или здесь, или там, но не здесь и там одновременно». [1, с.125]. Это объясняет, почему неопределённости нет в макромире, но как измерение действует на свойства микрообъектов, остаётся непонятным.
     Загадку измерения попытался решить Хью Эверетт, однокашник племянника Бора, предложивший в  1957 г. многомировую теорию. В соответствии с ней любое измерение расщепляет мир, так что наблюдатель остаётся в том мире, где частица имеет измеренное значение, а частицы с другими значениями, копии наблюдателя и всего прочего уходят в параллельные миры. Но ежесекундно в мире происходит такое множество измерений, что на одну только информацию о бесчисленных версиях Вселенной потребовалась бы бездна ресурсов, и о законах сохранения пришлось бы забыть. Впрочем, опровергнуть эту теорию нельзя, существование параллельных миров – вопрос веры. Карл Поппер называл такие теории нефальсифицируемыми и потому ненаучными.
    Один из афоризмов Нильса Бора звучит так: «Ваша идея, конечно, безумна. Весь вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы оказаться верной». Идею Эверетта Бор не оценил. Счёл недостаточно безумной? Вряд ли, скорее ненаучной и малопродуктивной: пытаясь объяснить воздействие измерений, она не разрешает других парадоксов. Нарушение законов сохранения невозможно ограничить микромиром, выход же за его пределы Эверетту пришлось маскировать мифом о параллельных мирах.
     С симметрией времени всё куда интереснее. Время невозвратно, но большинство законов физики не изменяется при замене его знака. То есть в нашем мире время нарушает принцип симметрии. Симметричные процессы теоретически предпочтительнее, к тому же их проще изучать, что и делала физика до ХХ века. Даже в термодинамике рассматривались только стационарные или квазистационарные, обратимые  процессы. Связь стрелы времени с ростом энтропии осознали давно, но роль хаоса прояснилась только к концу ХХ в. в связи с изучением нелинейных процессов и самоорганизации, развитием синергетики. Илья Пригожин писал: «необратимость приводит к огромному множеству новых явлений – образованию вихрей, химическим колебаниям и лазерному излучению, каждое из которых иллюстрирует конструктивную роль стрелы времени» [2, с.10]. Нелинейные процессы были для науки конца ХХ века новыми – для их изучения нужны компьютеры и современная математика. Они отличаются наличием разрывов - точек бифуркации. Потеря устойчивости в таких точках приводит к непредсказуемости дальнейшего развития. Пока процесс устойчив, ограниченные воздействия внешних сил особого значения не имеют. Но в точках бифуркации ничтожные, часто случайные воздействия порождают необратимые события. Макромир не линеен и заполнен точками бифуркации. И именно поэтому время необратимо. Пригожин, изучая нелинейность и обнаружив её связь с необратимостью, сделал вывод о фундаментальности стрелы времени: аксиоматика макромира должна включать постулат случайности. И его якобы следует распространить на теоретически обратимые квантовые процессы, поскольку-де изучать их можно лишь при помощи измерений и статистики, а они НЕобратимы. Но разве из невозможности наблюдения и описания следует несуществование?
    Возможность реальной обратимости времени в микромире изучали задолго до Пригожина. Джон Уиллер с блестящим своим учеником, Ричардом Фейнманом разработали теорию поглощения, предполагающую, что симметрично излучённые волны от источника и поглотителя гасят друг друга до излучения и после поглощения, а потому остаётся только наблюдаемая волна от излучателя до поглотителя[3]. Джон Крамер предложил рассматривать весь интервал от излучения до поглощения, как вневременную транзакцию, в которой происходит согласование "запаздывающих" (идущих в будущее) волн от излучателя и "опережающих" (идущих в прошлое) – от поглотителя [4]. Фейнман, развивая идею Поля Дирака, в 1942 г. предложил способ учёта всевозможных (не только прямолинейных) траекторий частиц между излучателем и поглотителем [5]. Этот способ (интегрирование по бесконечному множеству траекторий) объяснил загадочный принцип наименьшего действия – давно известное свойство физических процессов идти тем путём, на котором расходуется меньше работы (действия). Фейнман показал: при суммировании всех траекторий остаётся именно кратчайший путь, все прочие волны интерферируют, гася друг друга. Движение в обратном времени при этом не упоминалось, но по траекториям движутся частицы, а как одна частица может бесконечно много раз исходить из начальной  точки, не возвращаясь в неё? Советский физик Георгий Рязанов по-другому реализовал идею Дирака, перенеся действие с комплексного на вещественное пространство и уже явно дополнив множество траекторий знакопеременными во времени [6]. Как у Фейнмана, так и у Рязанова траектории одной частицы заполняют собой пространство, превращаясь в волну.
     Наконец,  в январе 2025 г. британские  физики Томас Гафф,  Чинталпати Умашанкар Шастри и  Андреа Рокко  опубликовали статью «Возникновение противоположных стрел времени» [7]. Рассмотрев открытый (сообщающийся с бесконечной средой) квантовый процесс как "марковский", т.е. независящий от пути достижения предыдущих состояний, они пишут: «марковское приближение не подразумевает нарушения симметрии относительно обращения времени». Проанализировав формулы, они сделали вывод, что даже необратимый в классическом понимании тепловой процесс, квантовое броуновское движение «…может происходить в двух противоположных направлениях времени».
     Итак, отсутствующая на макроуровне симметрия времени возможна в микромире. И это объясняет совмещение единичного и множественного. Один актёр может изобразить в кино толпу, сыграв одну сцену много раз в разных образах. ОДНА ЧАСТИЦА МОЖЕТ СТАТЬ ВОЛНОЙ, МНОГОКРАТНО ИСХОДЯ ИЗ ОДНОЙ ТОЧКИ В ОДИН И ТОТ ЖЕ МОМЕНТ ВРЕМЕНИ с разными характеристиками. И, соблюдая законы сохранения, она должна в неё же и возвращаться, двигаясь по времени вспять. Такое движение восстанавливает симметрию времени и ещё лучше объясняет принцип наименьшего действия: оптимальный путь частицы находят в результате длительной "тренировки". Не так ли мы учимся оптимальным приёмам работы? Тренировка частицы "упакована" и происходит без затраты времени, как репетиции артистов, не расходующие времени зрителей.
     Воспользовавшись термином Крамера, процесс "тренировки" можно назвать вневременной транзакцией (ВВТ). Но непонятное излучение из точек возможного поглощения следует заменить отражением, преломлением траектории при достижении точек бифуркации, в которых могут происходить необратимые события. Это могут быть не только поглощения, но и измерения, излучения и иные, ещё не произошедшие случайности.
     Вневременные транзакции объясняют и коллапс (схлопывание) волновой функции в результате измерения, прерывающего движение частицы, после чего она уже не может заполнять собой пространство. Запутанность связанных единым рождением частиц объясняется их постоянным возвращением в момент старта с обменом там информацией. Это полностью совпадает с идеей, высказанной ранее С.И. Кузнецовым [8].
     Парадоксальность мысленного эксперимента Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР) [9] вытекает только из уверенности его авторов в соблюдении принципа локальности. Но гипотеза ВВТ вполне объясняет дальнодействие многократным движением частиц в одном времени. Эксперимент ЭПР начинается с расщепления частицы, импульс которой был предварительно измерен. Поэтому сумма импульсов осколков изменяться не может, и постоянна в каждой паре их траекторий. Измерение импульса одного из осколков завершает его ВВТ. Хотя второй продолжает возвращаться в начальную точку, его импульс теперь фиксирован, как и измеренный. Далее их ВВТ не связаны.
     Ю.С. Владимиров пишет: «Многие задаются вопросом, почему элементарные частицы описываются 2-компонентными спинорами, а не скалярами или векторами, как это принято в классической физике?» [10, с.12].Следует пояснить, что спиноры – это сложные функции, описывающие вращение векторов в сопряжённых (отличающихся знаком мнимой части) комплексных пространствах. Если же прямое и обратное во времени движение частицы представляется комплексно сопряжёнными функциями, становится понятной не только необходимость описания микросистем спинорами, но и возможность обойтись вещественными траекториями, которую предвидел Дирак и реализовал Рязанов. Ведь на классических (соответствующих принципу наименьшего действия) траекториях мнимые части имеют противоположные знаки и взаимно уничтожаются!
     Полнее, но суше всё это описано в моей статье [11]. Остаётся ряд интересных моментов, в частности, связанных с выполнением в микромире принципа причинности, их я рассмотрю в следующей заметке.

Литература:
1. Ллойд С. Программируя Вселенную. Квантовый компьютер и будущее науки, М.: Альпина нонфикшн, 2013. 256 с. 
2. Пригожин И.Р. Конец определенности. Время, хаос и новые законы Природы. Москва, Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. 208 с.
3. Wheeler J., Feynman R. Interaction with the  absorber as the mechanism of radiation //Reviews of modern physics. 1945. April-Juli. Vol.17, Num.2 and 3, p.157-181.
4. Cramer J. The Transactional Interpretation of Quantum Mechanics // Reviews of Modern Physics. 1986. Juli. Vol. 58. P. 647–688.
5. Фейнман Р. Пространственно-временной подход к нерелятивистской квантовой механике // Вопросы причинности в квантовой механике. М.: Изд-во иностр. литературы,. 1955. С. 167-207.
6. Рязанов Г.В. Квантовомеханические вероятности как суммы по путям. // ЖЭТФ. 1958. Т. 35. Вып. 1. С. 121–131.
7. Guff T., Shastry C.U., Rocco A. Emergence of opposing arrows of time in open quantum systems // Scientific Reports. 15, 3658. 2025. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-025-87323-x (дата обращения: 26.05.25)
8. Кузнецов С.И. Темпоральная интерпретация квантовой механики //Сборник трудов V Международной конференции «Пространство и время: физическое, психологическое, мифологическое», М.: Культурный центр «Новый Акрополь», 2007. с. 33–42.   
9.  Einstein A. , Podolsky B., Rosen, N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? // Physical Review, May 1935. vol. 47, Issue 10, pp. 777-780.
10. Владимиров Ю.С. Метатрансляционный подход к основаниям фундаментальной физики // Метафизика. 2024. № 1 (51). С. 10–32.
11. Кононов В.Г. Парадоксы микромира и симметрия времени // Аллея науки, 2025 №5 (104), 1т. с.322-328.

Изображение из интернета