Что такое квантовый дарвинизм и почему он так важен
Отличие квантовой физики от классической
Физика, которая изучает и объясняет явления, происходящие в области атомов, их ядер и элементарных частиц, называется квантовой. А классическая физика включает в себя классическую механику (изучение движения жидкостей и частиц), термодинамику (изучение температуры и теплообмена) и электромагнетизм (изучение электричества, магнитов и электромагнитных волн). По сути квантовая физика в основном преодолевает то, чего не хватает классической. Кроме того, теории классической физики не обладают универсальной достоверностью, хотя они являются очень хорошими феноменологическими теориями, они не говорят всего о макроскопических телах (состоят из очень большого числа атомов или молекул).
Квантовый дарвинизм — что это?
Когда речь заходит о физическом мире, размер действительно имеет значение. В то время как «большие» (от песчинки до галактического кластера) объекты подчиняются одному набору правил, о которых мы знаем из классической физики, «маленькие» объекты (атомы и частицы) ведут себя совершенно иначе. Именно это открытие примерно 100 лет назад и привело к появлению дисциплины, которую сейчас называют квантовой физикой.
Ученые искали способ примирить эти две разрозненные физики на протяжении десятилетий. И теперь теория, впервые предложенная польским физиком-теоретиком Войцехом Зуреком в 2003 году, начинает набирать обороты как потенциальный источник компромисса — квантовый дарвинизм.
Одним из необычных аспектов квантового мира является суперпозиция, способность квантовой системы существовать в более чем одном состоянии одновременно. По-видимому, система переходит в одно или другое состояние — перемещаясь из квантового мира в «классический» — только в тот момент, когда мы наблюдаем ее. Этот процесс называется декогеренцией, а квантовый дарвинизм является попыткой объяснить его.
Квантовый дарвинизм предполагает, что именно взаимодействие системы с окружающей средой вызывает декогеренцию, а вовсе не наличие наблюдателя. Сторонники этого подхода уверены, что такая точка зрения объясняет, почему мы не видим макрообъекты в квантовом состоянии — они всегда подвержены факторам окружающей среды.
Проверка теории квантового дарвинизма
Согласно теории Зурека, квантовые системы имеют «состояния указателя». Это конкретные, измеримые характеристики, такие как местоположение или скорость частицы. Когда частица взаимодействует со своим окружением, все суперпозиции этих характеристик — альтернативных местоположений или скоростей — декогерируются, оставляя только состояние указателя, которое и могут наблюдать люди, потому что оно «впечатывает» себя в окружающую среду.
Вот тут идея дарвинизма и вступает в игру: только «наиболее подходящее» состояние (наиболее подходящее для данной конкретной среды) переживает процесс декогеренции. «Основная идея квантового дарвинизма заключается в том, что мы почти никогда не проводим никаких прямых измерений», заявил Зурек в 2008 году в Институте фундаментальных вопросов. «[Окружающая среда] похожа на большой рекламный щит, на котором размещены многочисленные копии информации о нашей Вселенной».
Согласно статье Quanta Magazine, опубликованной несколько лет назад, три отдельные группы исследователей провели эксперименты, чтобы проверить квантовый дарвинизм на практике и отыскать признаки того, что квантовая система запечатлевает реплики своей среды внутри себя. «Все эти исследования показали то, что мы и ожидали, по крайней мере, приблизительно», — сказал Зурек в интервью Quanta. Вероятно, мы уже находимся на пути к согласованию физики больших тел с физикой очень маленьких — остается лишь ждать.
