#точка неопределённости

[podcast-42]

Свобода воли - научный подход

Может ли существовать свобода воли в мире выстроенном жёсткими причинно-следственными связями, описываемым незыблемыми физическими законами? Если да, то как? А если нет, то что?

[iyuol]

Мир, на который я хотела походить — мир свободных художников, помогающих практиков и просто людей творчества — этот мир шатается, почти рушится. Я наблюдаю за любимыми блогерами и с тоской ловлю себя на том, что ощущаю тупую бессмысленность каких-либо действий.

Как говорить о сказках и магии, о помогающих практиках и красивых картишках, когда одна часть человечества в ужасе, другая в панике, третья на грани разорения из-за санкций, а четвёртая ненавидит или презрительно морщится, утверждая, что "они сами напросили��ь"?

Я никогда не считала себя патриотом. Мне всегда нравилось выражение "гражданин мира", когда воспринимаешь своей родиной как бы весь мир, сразу и целиком, без всех этих бюрократических формальностей. Люди везде люди. Точка.

Но также я осознаю, что такая позиция не меняет ровным счётом ничего, ведь у меня есть российский паспорт. Я не чувствую ни злости, ни ненависти. Меня преследует скорее ощущение, что я попала в какую-то сюрреалистичную компьютерную игру, где забыли привинтить кнопку "выкл".

Непонимание. Тотальное, всепожирающее, не поддающееся логике — неужели хоть какая-то идея в мире может стоить жизней? Разрушенных, исковерканных, перепуганных. Это не укладывается в моей голове.

Последние несколько лет я искала свою тропу, свою картинку будущего, которое бы устроило меня хоть отчасти после всего того, через что довелось пройти. Но сейчас все эти мысли бьются о глухую стену растерянности. Если отключат инст, как продвигать блог? Если отключат интернет, как продолжать терапию, как ощущать живое инфополе, поддерживать друзей на другом конце страны, жить в деревне? Куда идти?

А главное — зачем? Зачем делать что-то, когда мир окончательно сошёл с ума? Сюр продолжается.

Утром 24-го я пришла на работу, узнала, что трое сотрудников разом взяли больничный, ещё один недавно скончался и "началась война". Я писала эту фразу в дневнике и не верила сама себе. А 26-го слегла сама с температурой под 38. Организм отказался переваривать информацию.

Перегрев.

Сейчас я лежу, пытаюсь осмыслить происходящее и найти слова. Тропку зыбкого будущего. Сосредоточиться на том, что нет никаких весов "смерть-жизнь", есть цикличность — вечный переход из одного в другое. Есть прекрасный Феникс, в конце концов, и мои личные первоклассные враги, которым я не жалею делать приятных одолжений своим тряпошным состоянием и преждевременным опусканием рук.

Да, у меня нет сил добиваться мира, но это не мешает желать его всем своим существом.

Одна классная современная ведьма тут сказала на днях, что чем хаотичнее обстоятельства, тем выше шанс выловить оттуда невозможное. Такая теория вероятностей, где в условиях огромной неопределённости можно поймать то, что ещё неделю назад казалось нереальным. Потому что слетели все настройки координат. И стало буквально возможно всё.

И хотя я знаю, что лучшее, что я могу сделать сейчас — это продолжать свой быт, не сходя с ума и не расшатывая окружение, не думать об этом совсем не получается.

Боль, отчаяние, страх, гнев витают в инфополе фоном, это давление чувствуется, даже если не вовлекаться в это специально. Зная о своей тревожности, я практически не читаю новостей. Но долбанная чувствительность... Дорогая-любимая.

Вспоминаю тихий голос своего терапевта на встрече вчера: "Мне хочется плакать вместе с вами".

Это не было похоже на истерику или рыдание. Просто терпкая-терпкая горечь и ни одного ответа. Слезы катились сами собой, но я так и не смогла сформулировать: почему?

Просто душа болит.

Никогда не думала, что слово "весна" станет созвучно слову "война". А это слово будет куда глубже любой огнестрельной угрозы.

[sergeyperegudaneuropsycholog]

Главное в нейропсихологии - это любить детей, ценить их такими, какие они есть. Я являюсь защитником детей, детства, потому многие люди воспринимают мои слова, мою работу, неким вызовом. Я понимаю, что сложно противостоять любому вызову, но стоит ли сразу воспринимать всё в штыки? Порой необходимо остановиться, сконцентрировать внимание на своём дыхании и сердцебиении. А после подумать о том - насколько наша жизнь уязвима и прекрасна. Далее подумать о будущем ребёнка не через призму своего отношения, установок, а с позиции ребёнка. Если нужно - обратиться к психологу, психотерапевту. Никогда не поздно. И да - реально помогает. И здесь нет ни виновных, ни обиженных, ни карателей. Се ля ви, просто это жизнь. Жизнь, в которой нам всем придётся ошибаться и по-многу. Жизнь, в которой на ошибках то не особо учатся. Жизнь, в которой терять проще простого, а находить сложнее сложного. Видимо, работая с особыми детьми я приобрёл больше оптимизма, а также лучше рассмотрел свою жизнь, своё детство, своё будущее. Точка неопределённости и тревоги, наполненная трепещущей вечностью. Именно в ней я остаюсь тем, кто есть. И именно в ней я становлюсь другим, но своим. Поэтому все страхи мои и тревога, обиды, зависти проходят сиюминутно, когда я вновь соприкасаюсь с этой точкой. https://www.instagram.com/p/B5Kofm-IChq/?igshid=bqqlgfex6gst

[chrdkru]

Локальный демон поможет квантовым компьютерам.

Предложенное российскими учеными устройство может найти широкое применение в квантовых компьютерах и микроскопических холодильниках точечного действия. Соответствующая статья опубликована в Physical Review B.

Второй закон термодинамики, как вы, наверное, помните, утверждает, что энтропия, то есть неупорядоченность энергетически изолированной системы, не может самопроизвольно уменьшаться — то есть менее упорядоченная система не может стать более упорядоченной без помощи извне. Охладившийся в комнате чайник не может снова нагреться без внешних сил. Аналогичным образом и квантовый бит (кубит) неуклонно теряет свои свойства со временем - по мере нагрева он теряет стабильность своего состояния.

Авторы работы предложили буквально оживить давний умственный эксперимент английского физика Максвелла — создать «демона», который будет работать с кубитом таким образом, чтобы снизить уровень энтропии в нем. Поскольку демона необходимо особым образом подготовить перед каждым взаимодействием с кубитом, а на это уходит энергия, глобально второй закон не нарушается. Однако с локальной точки зрения такой демон всё же нарушит второе начало термодинамики.

Роль кубита в концепции исследователей выполняет сверхпроводящий «искусственный атом» — устройство, из которого ранее тот же коллектив предложил сделать квантовый магнитометр. Такой кубит состоит из тонких пленок алюминия, размещенных на кремниевой подложке. При температуре, близкой к абсолютному нулю, он ведет себя как атом с двумя энергетическими уровнями: основным и возбужденным.

Роль демона выполняет второй такой же кубит. Он присоединяется к рабочему кубиту кабелем, который проводит микроволны. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга, оказавшись связанными, кубиты начинают самопроизвольно обмениваться виртуальными фотонами — пор��иями микроволнового излучения. Посредством фотонов кубиты обмениваются состояниями: получая фотон от одного кубита, второй тут же приходит в то состояние, что было у первого и наоборот.

Вначале второй кубит (демон Максвелла) приводится в «чистое» состояние — то есть такое, в котором он находится в суперпозиции двух состояний, либо на базовом, либо на следующим за базовым энергетическом уровне. Однако его состояние не является определенным (на то и суперпозиция двух состояний) и с равной вероятностью он либо в возбужденном, либо в базовом состоянии. Затем, с помощью микроволн, он обменивается состояниями с основным, рабочим кубитом, передавая ему свое чистое состояние суперпозиции взамен на «грязное» состояние с такой же энергией. Перейдя в чистое состояние, первый (рабочий) кубит снижает свою энтропию, сохранив прежнюю энергию. Выходит, что «демон Максвелла» (второй кубит) на расстоянии «съедает» энтропию первого кубита — энергетически изолированной системы. Если смотреть на кубит локально, возникает впечатление, что второй закон нарушен. Конечно, происходит это за счет виртуального фотона из внешней системы, но это уже выходит за пределы локальности.

«Чистое» состояние первого кубита ценно тем, что, в отличие от «грязного» (когда квантовая суперпозиция потеряла устойчивость под действием тепловых колебаний атомов), чистое состояние кубита можно относительно легко и предсказуемо перевести в основное или в возбужденное приложением внешнего электромагнитного поля. Без такой операции управляемо квантовый компьютер работать не может.

Помимо обеспечения работы квантовых битов в квантовых компьютерах, предложенные авторами искусственные «демоны Максвелла» имеют еще одно применение. Перевод рабочего кубита в «чистое» состояние и затем в основное вызывает охлаждение точки пространства, где он находится. Кубит тогда работает как нанохолодильник, способный охлаждать нечто предельно малое — например, отдельные фрагменты сложных молекул. Первая точка потенциального применения таких нанохолодильников — те же квантовые компьютеры, где они могли бы охлаждать наиболее «греющиеся» кубиты, предупреждая потерю ими состояния суперпозиции эффективнее, чем обычные холодильники.

Если же «демона» перевести не в основное, а в возбужденное состояние, то нанохолодильник превратится в нанонагреватель.Обе операции можно проводить многократно, потому что «чистое» состояние кубита сохраняется лишь доли секунды, после чего оно снова переходит в «грязное», поглощая или излучая энергию в случае с холодильником и нагревателем. Авторы уже работают над постановкой предложенного в их статье эксперимента по созданию демона Максвелла из ��скусственных атомов.

https://ift.tt/2SYh7SQ

[e2blogengine]

8/8: Квантовая физика и вероятностный мир

Продолжаю рассказывать про то, что я вычитал в «Краткой истории времени» Стивена Хокинга. Это восьмая и последняя часть рассказа.

Интерференция электрона с самим собой

В 1920-х годах в лаборатории Белла ставили эксперименты с потоками электронов и получили странные результаты. Электроны вели себя то как частицы, то как волны, то как чёрт знает что.

Фотка с телефона по запросу «чёрт знает что»

Сейчас попробую рассказать по шагам.

Шаг 1. Берём поток электронов и направляем его на экран, фиксирующий прилетевшие электроны. Ставим между источником электронов и экраном пластину с вертикальной щелью. Большая часть электронов попадает на пластину, но некоторые пролетают через вертикальную щель и попадают на экран. Точки на экране образуют вертикальную полосу, примерно повторяя форму щели. Всё логично. Именно такого поведения мы ожидаем от частиц.

Шаг 2. Теперь заменим пластину на такую же, но не с одной, а с двумя вертикальными щелями. Направляем через них тот же поток электронов и ожидаем увидеть на экране две полосы точек вдоль этих щелей. Но вместо этого видим «интерфереционную картину». Электроны разлетелись по всему экрану, но при этом кучкуются такими «волнами» — то их больше, то меньше. Это странно, частицы так себя не ведут! Зато так себя ведут волны. Они проходят через две щели, разбегаются во все стороны от них и накладываются друг на друга. В точках, где фазы волн совпадают, получается получается то двойная волна. А если оказываются в противофазе, то полностью гасят друг друга. Поэтому когда волны доходят до экрана мы и видим «волны» — то точек сильно больше, то сильно меньше.

Сергей Второв сделал модель, в которой можно поиграться с длинной волны, размером и расстоянием между щелями и расстоянием до экрана. По ссылке модель для эксперимента со светом, но в эксперименте получалось, что электроны ведут себя аналогично.

Вот как это выглядит на практике:

Запись с детектора электронов, чтобы посмотреть своими глазами.

Такой эффект можно объяснить так: у нас летит много-много электронов-волн, эти волны накладываются друг на друга и в одних местах усиливают друг друга, а в других гасят. Так получается интерференционная картина на экране, где точек то больше, то меньше. А что если стрелять электронами по одному с интервалом раз в секунду? Тогда электроны не будут влиять друг на друга.

Шаг 3. Находим установку и стреляем электронами по одному. Возвращаемся через полчаса — и видим на экране ту же интерфереционную картину. Что за фигня? Получается, что электрон-волна как будто одновременно проходит через обе щели, сам с собой интерферирует и в итоге оказывается с некоторыми вероятностями в разных точках экрана. Распределение вероятностей оказаться в разных точка экрана идёт волной и поэтому после запуска большого числа электронов мы и видим эти точки на экране волнами. WAT?

Может быть будет понятнее, если посмотреть объясняющее видео с иллюстрациями:

Видео на 7 минут на русском.

Видео на 8 минут на английском + в конце бонус про влияние наблюдателя на эксперимент. Штуки про наблюдателя выходят за рамки этого поста, но очень интригуют.

Если я правильно понял, то Ричард Фейнман предложил смотреть на это так: частица одновременно проходит по всем возможным траекториям. У каждой траектории своя вероятность завершиться в конкретной точке. Чтобы понять, окажется ли электрон в конкретной точке, надо просуммировать вероятности по всем его возможным траекториям. Этот метод так и называется — «суммирование про траекториям». Рассчитать, в какую именно точку улетит конкретная частица, нельзя — но можно построить карту вероятностей для всех точек, куда она может улететь. Если запустить много-много частиц, то распределение точек совпадёт с рассчитанными вероятностями. Вот такой вероятностный мир.

Почему электроны не падают на ядра?

Раньше считалось, что электроны летают вокруг атомов как маленькие электроны-планетки вокруг маленьких ядер-звёзд. Но было непонятно, почему они не теряют потихоньку энергию, не падают на ядра и не происходит коллапс всей материи во Вселенной. В 1913 году Нильс Бор постулировал, что электроны могут занимать только определённые траектории и переходить между ними с получением/испусканием энергии. Почему так — было непонятно, но такой постулат лучше всего согласовывался с наблюдениями. Всё-таки, электроны не падали на ядра.

Объяснение этому эффекту дал Фейнман с его идеей суммирования по траекториям. Когда электрон-волна летит вокруг ядра, то вдоль некоторых орбит укладывается целое (а не дробное) число длин волн электрона. При движении по этим орбитам гребни волн окажутся в одном и том же месте на каждом витке, и поэтому такие волны складываются; такие орбиты относятся к боровским разрешённым орбитам. А для тех орбит, вдоль которых не укладывается целое число длин волн электрона, каждый гребень по мере обращения электронов рано или поздно скомпенсируется впадиной; такие орбиты не будут разрешёнными. Суммирование по траекториям показывает, что обнаружить электрон на разрешённой орбите можно с высокой вероятностью, а на неразрешённой — с нулевой. И всё сразу становится понятно, правда? :-)

Принцип неопределённости и фундаментальное представление о реальности

Принцип неопределённости Гейзенберга говорит, что невозможно определить положение и импульс частицы точнее определённого предела. Чем точнее измеряется одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить вторую. Насколько я понял, это связано даже не с тем, что само измерение влияет на частицу, а с самой её природой. Так как она немножко волна, то положение у неё слегка размазанное. Но дело там тёмное, и мне самому интересно получше с этим разобраться.

С этим связан вопрос о фундаментальной определённости (или неопределённости) мира. Эйнштейн говорил, что измерить положение, скорость и другие параметры частиц мы супер-точно не можем, но у частиц они изначально есть. Это было бы логично. А Нильс Бор предположил, что их и изначально нет. Что параметры проявляются, только когда мы их измеряем, то есть как-то взаимодействуем с частицей. Эта безумная на первый взгляд мысль рождается из экспериментов с электронами. В примере с электроном, летящем через две щели сразу, получается, что у него вообще нет какого-либо внятного положения в пространстве, пока его где-нибудь не остановят.

Мне всё это кажется очень странным. Как это у частицы нет определённых параметров до измерения? Но в 1964 году Джон Белл придумал эксперимент, результат которого различался, если эти параметры и правда изначально не определены. А через двадцать лет его смогли провести и узнать результат. Круто про это написал Sly2m на Dirty: раз, два, три. После них я чуть-чуть начал понимать изначальный вопрос, способы экспериментальной проверки и пугавшее Эйнштейна «жуткое дальнодействие».

Все части серии

Эволюция представлений об устройстве Вселенной

Неабсолютное пространство

Неабсолютное время

Взаимодействие света и гравитации

Предельная скорость перемещения в пространстве

Большой взрыв, большое схлопывание и тепловая смерть

Жизненный цикл звёзд и чёрные дыры

Квантовая физика и вероятностный мир

Где купить «Краткую историю времени» Хокинга

— Бумажную — на Озоне, я читал её, — электронную — на Литресе, — аудиоверсии пока нет.

Как получать свежие посты

— Электронная почта и РСС — туда попадают только посты в блог, — телеграм-канал, фейсбук и твиттер — туда попадают заинтересовавшие меня ссылки с короткими комментариями, — инстаграм — туда иногда выкладываю фотки.

Источник: Блог Всеволода Устинова - 8/8: Квантовая физика и вероятностный мир. Опубликовано с помощью IFTTT.