"Теневые фотоны" Дойча

[SVD-d]

На днях увидел у родных на полке труд Дэвида Дойча "Структура реальности". В связи с чем, задумался.
Всем ясно, что товарищ Дойч, попытавшийся доказать существование параллельных вселенных и живущих там "теневых фотонов", хватил лишнего. Но вот с тем чтобы указать место, в котором автор не прав, у меня могут возникнуть трудности. Хотелось бы понять, в чём проблема с авторской интерпретацией двухщелевого эксперимента. Я попытаюсь разобраться, и если какая-то часть объяснения неверна, прошу поправить.

Итак. Тезисы Дойча примерно следующие:
1. Если пустить свет от лазера на перегородку с длинными параллельными щелями, возникнет интерференционная картина.
2. Интерференционная картина от четырёх щелей и от двух щелей при равном межщелевом расстоянии различна. В частности, световые полосы в четырёхщелевом эксперименте расположены вдвое реже. Есть места, куда в двухщелевом эксперименте попадал свет, а при добавлении ещё двух щелей свет туда попадать перестаёт.
3. Если пустить на перегородку всего один фотон, интерференционная картина останется неизменной. В частности, упомянутый участок, тёмный для 4-щелевого случая, но освещённый для 2-щелевого таковым и останется.
4. Фотон не разделяется на фрагменты, и не отклоняется под действием других фотонов. Но в этом эксперименте всё-таки на него воздействует что-то, что меняет его траекторию, и что зависит от количества открытых щелей.
5. Это что-то взаимодействует с фотоном, летит со скоростью фотона, интерферирует с фотоном и ведёт себя как фотон. Очевидно, это - фотон. Но оно невидимое и не взаимодействует больше ни с чем, кроме данного фотона. Так что фотон этот мы будем называть теневым.
6. Максимальная площадь, освещённый лазером, составила около квадратного метра, а минимальный достижимый размер отверстий мог быть около одной тысячной миллиметра. Таким образом, возможно получить около $10^{12}$ положений отверстий на экране. Следовательно, каждый реальный фотон должен сопровождать, по крайней мере, триллион теневых.
7. Каждый теневой фотон не реагирует больше ни с чем из нашей вселенной, можно считать его пришельцем из параллельной вселенной. Т.о., вселенных этих как минимум $10^{12}$. И каждый реальный фотон окружён свитой из $10^{12}$ теневых фотонов, которые заметны только благодаря явлению интерференции.
8. Из этого следует много глубокомысленных выводов, но я их, пожалуй, опущу.

Для начала можно заметить, что чисто математически суммирование по огромному количеству фотонов, летающих по-разному, но в итоге складывающихся в одну картинку ничем не отличается от классического интегрирования по траекториям. То есть, математически совершенно неважно, что считать: миллиард фотонов или один, но пролетевший по миллиарду различных путей, сумма в обоих случаях будет одинакова. Таким образом, теневые фотоны могли бы использоваться как удобная (на самом деле нет) аналогия для одного фотона, летящего по всем мыслимым траекториям одновременно.
Единственно этим и исчерпывается польза от этой теории. А вот вреда от неё много.

Во-первых, попытаемся вслед за автором оценить вероятное количество этих параллельных вселенных.
Рассмотрим классический двухщелевой эксперимент. И вместо одиночного фотона, который непонятно что такое, используем банальный электрон. В том, что в двухщелевом эксперименте у электрона наблюдается интерференционная картина, думаю, никто не поспорит. Естественным будет считать, что интерференционная картина симметрична: мы ничего не знаем про повторяющееся из эксперимента в эксперимент нарушение симметрии. Это значит, что количество теневых электронов, пролетевших через одно отверстие, должно быть равно количеству теневых электронов, пролетевших через второе. Т.о., количество параллельных вселенных как минимум чётно. И так как интерференционная картина возникает, то вселенные эти одинаковы во всём, кроме траектории движения электрона.
Аналогичным образом рассматривая трёхщелевой эксперимент можно показать, что количество параллельных вселенных делится на три, и так далее.
В поисках правдоподобной оценки, вспомним, что основным экспериментом кристаллографии является рассеяние электронов на кристаллической решётке. Для образца толщиной 5 мм при характерных размерах атомного слоя 5 ангстрем количество слоёв составляет порядка $10^7$. Исходя из чего, количество параллельных вселенных должно быть по меньшей мере $10^{7} ! \approx 10^{10^{8}}$. Что чуть больше предложенной автором цифры. Впрочем, если бы проблема была только в этом, то проблемы бы не было.

Во-вторых. Если мы вслед за автором решим, что в двухщелевом эксперименте половина электронов пролетает через одну щель, а половина - через вторую, то закрыв одну из щелей мы вдвое сократим количество теневых электронов. В самом деле, электрон, пусть даже теневой, не знает, в закрытую или открытую щель он летит. Если после одной щели поставить вторую, отсеяв ещё половину электронов, за ней третью, четвёртую - и так далее, то через некоторое количество щелей - в нашем случае по меньшей мере $\log_2 10^{10^{8}} \approx 3 \cdot 10^{8} $ мы увидим, что интерференционная картина пропала, и электрон отныне проявляет только корпускулярные свойства. Однако это не так: кристаллографы подтвердят, что электроны, прошедшие через $10^{7}$ слоёв, в каждом из которых по $10^{7}$ решёток, вполне себе интерферируют, неважно при этом, сколь большая часть кристалла при этом закрыта.
Более того, если электроны дифрагируют где бы то ни было ещё за пределами нашей лаборатории, то за миллиарды лет существования нашего мира $10^{8}$ случаев интерференции должны были накопиться. Сомнительно, чтобы к настоящему моменту осталось хоть сколько-нибудь теневых электронов, полностью идентичных натуральному. Что, впрочем, автор легко может объяснить чуть большим количеством параллельных вселенных.

Наконец, в-третьих. Нет никакого объяснения тому, что электроны, направленные в одну сторону и взаимодействующие с одинаковыми объектами (согласно авторскому замыслу, помимо теневых электронов в положенных местах есть теневая перегородка с теневыми щелями), ведут себя не одинаково. В конце-концов, нет никакого смысла придумывать теорию, объясняющую двухщелевой эксперимент без соотношения неопределённости, но при этом соотношением этим пользоваться. Не пользуясь неопределённостью, мы вынуждены считать, что траектории всех электронов однозначно определены, а так как параллельные вселенные ничем друг от друга не отличаются, то и электроны будут лететь по одной и той же линии со вполне предсказуемым финалом. Получается, автор уходя от одной проблемы поставил вторую, ни слова о ней не сказав. Если же автор предполагает, что неопределённость всё же имеет место, то теория его, ничего нового не предлагая, только усложняет расчёты.

[warlock66613]

SVD-d, я Дойча не читал, поэтому опираюсь исключительно на изложенное вами.

Так вот, судя по написанному вами, эта самая "теория Дойча" — это не законченная теория, а теория в стадии разработки. Учитывая это, ваша критика выглядит не вполне по делу (за исключением основной мысли, что теория Дойча не даёт ничего нового по сравнению с обычной квантовой теорией — эта ваша мысль, так скажем, интересная).

Иначе говоря, ваши расчёты количества теневых вселенных и т. п., учитывая недостроенность теории, выглядят преждевременными. Главное, что нужно понять, — есть или нет у Дойча проект (идея) эксперимента, который позволяет проверить его теорию. Если идеи для эксперимента нет — то и теории нет, и критиковать просто нечего. Если есть — вот его (эксперимент) и надо обсуждать.

Может быть и так, что эксперимента нет, но есть причины ожидать, что теорию всё же можно развить до такого состояния, когда удастся предложить такой эксперимент, но если так, то эти причины кроются в тех самых "многих глубокомысленных выводах", которые вы опустили.

[SVD-d]

warlock66613 в сообщении #1282750 писал(а):

Так вот, судя по написанному вами, эта самая "теория Дойча" — это не законченная теория, а теория в стадии разработки.
...
Главное, что нужно понять, — есть или нет у Дойча проект (идея) эксперимента, который позволяет проверить его теорию. Если идеи для эксперимента нет — то и теории нет, и критиковать просто нечего.

Автор пишет, что во второй главе (она занимает порядка двадцати страниц) он "в пух и прах разбил логичную идею существования одной вселенной". Тезисно эту главу я представил чуть выше. Указывает он на это в нескольких местах. Далее нигде не упоминается проверка этой его теории. Зато утверждается, что эта теория лучше, чем существующая. С момента написания книги прошло двадцать лет, и ни одного упоминания о возможном эксперименте я не слышал. Как мне кажется, всё это в совокупности свидетельствует о том, что теория - по мнению автора - уже достаточно разработана. Впрочем, если в вышедшей недавно новой его книге есть утверждение об обратном - тогда ладно. Просто у меня нет особого желания её читать.

warlock66613 в сообщении #1282750 писал(а):

теория Дойча не даёт ничего нового по сравнению с обычной квантовой теорией

Я бы даже конкретнее сказал.
Математически автор предлагает обоснование для замены интеграла по траекториям конечной суммой, что, конечно, не запрещено. Но обоснование это мне кажется немного надуманным, точность от такой замены не увеличится, да и расчёты проще не станут.

А с физической точки зрения ещё сложнее.
Не то чтобы я был близко знаком с многомировой интерпретацией, но даже достаточно неразборчивая в таких вопросах википедия специально замечает, что термин "многомировая" не предполагает существования иных миров, и в целом является не вполне удачным термином. И то что товарищ Дойч понимает эту версию слишком буквально меня смущает. Но коль скоро в этом я не разбираюсь, то и поместил этот текст в ПРР, чтобы понимающий терминологию человек мог пояснить, что есть что.

warlock66613 в сообщении #1282750 писал(а):

эти причины кроются в тех самых "многих глубокомысленных выводах", которые вы опустили.

Я пропустил эти выводы нарочно, чтобы не усугублять. Но если хотите, вкратце резюмирую.
Автор целью книги ставит не доказательство существования параллельной вселенной - чёрт бы с ней. Ему хочется поговорить об "ошибочном представлении о том, что наука ищет предсказания на основе наблюдений, а не объяснения в ответ на задачи". То есть, говорит он, если теория позволяет делать правильные предсказания, но ничего не объясняет, то эта теория плохая, и надо искать новую. Буквально, "придумывая новые объяснения и затем выбирая лучшие".

Да. Если где-то рядышком есть модератор. Вы не могли бы немного почистить обсуждение, а то Оккам сотоварищи всегда занимают много места, при этом, как правило, не помогая ни решить, ни разобраться.

[warlock66613]

SVD-d в сообщении #1282932 писал(а):

То есть, говорит он, если теория позволяет делать правильные предсказания, но ничего не объясняет, то эта теория плохая, и надо искать новую. Буквально, "придумывая новые объяснения и затем выбирая лучшие".

Ну что на это можно сказать? Кто хочет — пусть ищет. Но мне кажется, это шаг назад, куда-то к донатурфилософским временам, к Декарту и дальше, и есть гораздо более интересные и продуктивные варианты времяпрепровождения, и, насколько мне известно, большинство, если не все, физики (и не только физики) думают так же.

-- 10.01.2018, 17:46 --

Да, и, судя по всему, теория Дойча объясняет ещё меньше, чем та, которую она призвана заменить.

[Munin]

SVD-d в сообщении #1282632 писал(а):

5. Это что-то взаимодействует с фотоном, летит со скоростью фотона, интерферирует с фотоном и ведёт себя как фотон. Очевидно, это - фотон. Но оно невидимое и не взаимодействует больше ни с чем, кроме данного фотона. Так что фотон этот мы будем называть теневым.

В физике так не делается.
Должны быть какие-то уравнения, описывающие явление. Тогда их можно как-то называть.
Если нет уравнений - говорить не о чем.

В стандартной теории фотон может интерферировать только сам с собой (причём из-за тождественности фотонов - это значит, и со всеми остальными фотонами Вселенной). Никаких "разных сортов фотонов" в уравнения не входит. Если у Дойча другие уравнения - их надо обсуждать и проверять. Если нет других уравнений - закрыть пустословие.

[Walker_XXI]

Чтобы придать осмысленность обсуждению, почитал немного Дойча.

В плане философии науки и эпистемологии он, в принципе, излагает здравые мысли, апеллирует к Попперу, выступает против инструментализма, но ничего нового не открывает. Да, напирает на объяснительную функцию науки, но в совокупности с предсказательной. Противопоставление скорее для красного словца. А так, теория, которая не только предсказывает, но ещё и красиво объясняет, лучше такой же, но с "мутным" механизмом предсказаний. Кто ж спорит? Но...

Попутно с этим красной нитью автор тащит свою идею теневых фотонов, теневых вселенных и мультиверса, не стесняясь ради этого идти на подмену понятий и передёргивания. Грубо говоря, вся идея состоит в том, что свет интерферирует не сам с собой, а с "теневым" светом из параллельных вселенных (которые точно такие же как наша, там "теневые" фотоны задерживаются "теневыми" экранами, все "теневые" законы "теневой" физики такие же, как у нас, только вселенные эти неощутимы для наших объектов, а проявляются лишь в интерференции конкретного фотона (квантовой частицы) со своим конкретным теневым "двойником"). Идея "обосновывается" одночастичной интерференцией в известном эксперименте со щелями: раз вторая (третья, четвёртая и т.д.) щель влияет на поведение фотона, значит через неё проходит что-то реальное. И по мнению Дойча это что-то - теневой фотон (Дойч полагает, что реальный свет/фотон может пройти только через одну щель). Чем объяснение интерференции взаимодействием со светом из параллельных вселенных проще традиционного объяснения "самодействием" - не пойму, хоть убей. Вдобавок Дойч не раз заявляет: поскольку интерференция есть, то тем самым реальность параллельных вселенных доказана.

P.S. Книгу ещё не дочитал, может дальше будут какие-то убедительные аргументы. Но пока считаю, что рассматривать идею Дойча можно было бы всерьёз, если бы обнаружение фотона в одной из щелей не разрушало бы интерференционной картины. Так нет же, факты говорят об обратном: если фотон прошёл через одну щель, то через другую ничего не прошло, и нет никакой интерференции.

[denis_73]

SVD-d в сообщении #1282632 писал(а):

Для начала можно заметить, что чисто математически суммирование по огромному количеству фотонов, летающих по-разному, но в итоге складывающихся в одну картинку ничем не отличается от классического интегрирования по траекториям. То есть, математически совершенно неважно, что считать: миллиард фотонов или один, но пролетевший по миллиарду различных путей, сумма в обоих случаях будет одинакова.

Вот с этим согласен.
Но, думаю, надо понимать так, что фотон, летящий по миллиарду различных путей, - это бессмыслица: если мы попытаемся обнаружить этот фотон, то мы не увидим его одновременно в миллиарде разных точек пространства, а только в одной. Точнее, в разных вселенных мы увидим фотон в разных точках, но в каждой вселенной это будет одна точка.
В начальной точке, которая у них у всех совпадает, все рассматриваемые вселенные идентичны, и, если мы наблюдаем интерференцию, то далее вселенные отличаются друг от друга только траекторией фотона.
Если наблюдаем интерференционную картину, то не согласен с Дойчем, что нужно выделять одну из вселенных как нашу и разделять фотоны на 1 - реальный и другие - теневые.
Также не согласен с тем, что количество вселенных конечно: их столько, сколько есть возможных траекторий, т. е. бесконечно много.
Мне кажется, что в соответствии с бритвой Оккама многомировая интерпретация - самая простая.
Понятие неопределённости применимо при рассмотрении отдельной вселенной, а не всего мультиверсума. Если рассматривать весь мультиверс как квантовую систему, то там нет неопределённости (унитарная эволюция) за счёт того, что нет одной единой траектории для всего мультиверса.

Walker_XXI в сообщении #1282698 писал(а):

Однако главный вопрос: "Почему и в какой вселенной мы окажемся, там где выпал орёл, или где выпала решка?" - многомировая интерпретация оставляет без ответа. Впрочем, и ни на один другой вопрос по существу не отвечает.

Во всех окажемся. По-моему это очевидно.

warlock66613 в сообщении #1282750 писал(а):

Может быть и так, что эксперимента нет, но есть причины ожидать, что теорию всё же можно развить до такого состояния, когда удастся предложить такой эксперимент, но если так, то эти причины кроются в тех самых "многих глубокомысленных выводах", которые вы опустили.

Теория там - это квантовая механика. Никакой другой новой теории (других уравнений и т. п.), требующей экспериментального подтверждения, там нет. Дойч просто пытается объяснить, что единственная адекватная интерпретация КМ - это многомировая интерпретация Эверетта - в ней законам квантовой механики подчиняется не только измеряемая квантовая система, но и измерительный прибор, наблюдатель, лаборатория, где всё это находится, и вся вселенная, а точнее, мультивселенная.
Из того факта, что мы наблюдаем интерференцию частиц следует, что мы живём в мультиверсе, в котором отдельные вселенные интерферируют друг с другом.
Квантовый компьютер на 300 кубит совершает большее количество параллельных вычислений, чем количество частиц в наблюдаемой части вселенной.

Walker_XXI в сообщении #1283290 писал(а):

P.S. Книгу ещё не дочитал, может дальше будут какие-то убедительные аргументы. Но пока считаю, что рассматривать идею Дойча можно было бы всерьёз, если бы обнаружение фотона в одной из щелей не разрушало бы интерференционной картины. Так нет же, факты говорят об обратном: если фотон прошёл через одну щель, то через другую ничего не прошло, и нет никакой интерференции.

Обнаружение фотона меняет волновую функцию: измерительный прибор и далее вся вселенная запутывается с измеряемой квантовой системой. Вселенные в мультиверсе по-прежнему интерферируют, но картина меняется: кажется, что нет интерференции.

[warlock66613]

denis_73 в сообщении #1284428 писал(а):

Теория там - это квантовая механика. Никакой другой новой теории (других уравнений и т. п.), требующей экспериментального подтверждения, там нет.

Мне кажется, на этой ноте можно обсуждение и закончить. А многомировая интерпретация уже обсуждалась здесь на форуме, про неё хорошо написано у Иванова ("Как понимать квантовую механику"), и, я полагаю, все, знакомые с квантовой механикой в должной мере, понимают в каком смысле существуют "параллельные вселленные" в ММИ — во всяком случае, в существенно ином смысле, нежели настоящая Вселенная (по аналогии с "квантовой телепортацией", я бы назвал это "квантовым существованием").

[Munin]

denis_73 в сообщении #1284428 писал(а):

Теория там - это квантовая механика. Никакой другой новой теории (других уравнений и т. п.), требующей экспериментального подтверждения, там нет.

Тогда книга закрывается, и всякая болтовня из головы выкидывается.

[denis_73]

warlock66613 в сообщении #1284475 писал(а):

А многомировая интерпретация уже обсуждалась здесь на форуме

Можно ссылку?

warlock66613 в сообщении #1284475 писал(а):

и, я полагаю, все, знакомые с квантовой механикой в должной мере, понимают в каком смысле существуют "параллельные вселленные" в ММИ — во всяком случае, в существенно ином смысле, нежели настоящая Вселенная

В каком ином смысле?
Посмотрел у Иванова, там сказано:

Цитата:

Разным параллельным Мирам соответствуют разные состояния наблюдателя |φ0, и разные относительные состояния окружающей вселенной |ψφ0. В многомировой интерпретации все относительные состояния в равной степени реальны и сосуществуют друг с другом.

Он там на Дойча и ссылается.
В чём по-вашему Дойч не прав?

[warlock66613]

denis_73 в сообщении #1284499 писал(а):

В каком ином смысле?

Да, собственно, ровно в том смысле, что если это "существование" правильно учесть, то можно получить правильные квантомеханические уравнения и формулы.

denis_73 в сообщении #1284499 писал(а):

Посмотрел у Иванова, там сказано

Да, ММИ декларирует равноправность всех миров, и имеет на то полное право. Делает ли эта декларация их в самом деле равноправными? Нет, конечно. Ключевое место у Иванова, касающееся ММИ, вот это:

Цитата:

Бесконечное количество параллельных Миров вводится для того, чтобы отказаться от проекционного постулата, который всё равно приходится применять для того, чтобы делать предсказания результатов каких-либо экспериментов. Эта необходимость всё равно обращаться к проекционному постулату сводит существенные различия между традиционной квантовой теорией и многомировой интерпретацией на нет.

-- 16.01.2018, 11:47 --

denis_73 в сообщении #1284499 писал(а):

Можно ссылку?

Я посмотрел и вспомнил: несмотря на название, там обсуждалась декогеренция, а не ММИ, так что смотреть туда нет смысла.

[denis_73]

warlock66613 в сообщении #1284530 писал(а):

Делает ли эта декларация их в самом деле равноправными? Нет, конечно.

Почему нет? Из чего следует, что они неравноправны?

[warlock66613]

denis_73 в сообщении #1284534 писал(а):

Из чего следует, что они неравноправны?

Из того самого проекционного постулата. То есть из эксперимента, а на самом деле просто из бытовых наблюдений. Например, про реальность этой вселенной мы не дискутируем, в отличие от реальности всех остальных. Про существование этой вселенной человечество догадывалось задолго до появления квантовой механики, а вот существование всех остальных тот же Дойч обосновывает квантомеханическим экспериментом. И т. д.

[denis_73]

warlock66613 в сообщении #1284535 писал(а):

Например, про реальность этой вселенной мы не дискутируем, в отличие от реальности всех остальных. Про существование этой вселенной человечество догадывалось задолго до появления квантовой механики, а вот существование всех остальных тот же Дойч обосновывает квантомеханическим экспериментом. И т. д.

Если других вселенных нет, то квантовая механика неверна.
В этой вселенной мы живём, поэтому и не дискутируем. Аналогично и с планетами и их спутниками (кроме Луны, на которой люди были), особенно экзопланетами: если окажется, что Марс, Венера и др. планеты не существуют, то наши теории неверны.
Дойч критикует солипсизм и подобные подходы.

[warlock66613]

denis_73 в сообщении #1284543 писал(а):

Если других вселенных нет, то квантовая механика неверна

Я с этим согласен, просто я утверждаю, что словам "другие вселенные существуют" вообще нельзя придать никакого другого смысла, кроме как "квантовая механика верна", то есть это утверждение - просто логическая тавталогия $A \to A$. В этом и только в этом смысле эвереттовские вселенные существуют. А утверждать, что квантовая механика верна, можно и не вводя такого рода понятий (например, в теории пилот-волны Бома - де Бройля никаких параллельных вселенных нет).

denis_73 в сообщении #1284543 писал(а):

если окажется, что Марс, Венера и др. планеты не существуют

Мы можем сказать, что Марс существует и что Венера существует, но мы не можем дать названия какому-то отдельному эвереттовскому миру, и сказать что он существует - они существуют только взятые все вместе.

denis_73 в сообщении #1284543 писал(а):

Дойч критикует солипсизм и подобные подходы.

Продвигаемый им - назову это так - "антисолипсизм" ничем не лучше и так же далёк от наивного материализма, как и солипсизм.