Вероятностный характер предсказаний и роль наблюдателя в природе

«	Можно доказать, что Луна не существует, когда на неё никто не смотрит	»
— Н. Дэвид Мермин

Принципиальное отличие квантовой механики от классической состоит также в том, что её предсказания всегда имеют вероятностный характер. Это означает, что мы не можем точно предсказать, в какое именно место попадает, например, электрон в рассмотренном выше эксперименте, какие бы совершенные средства наблюдения и измерения ни использовали. Можно оценить лишь его шансы попасть в определённое место, а следовательно, применить для этого понятия и методы теории вероятностей, которая служит для анализа неопределённых ситуаций.

В квантовой механике любое состояние системы описывается с помощью так называемой матрицы плотности, но, в отличие от классической механики, эта матрица определяет параметры её будущего состояния не достоверно, а лишь с той или иной степенью вероятности. Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределённости результатов измерения и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.

Это в комбинации с принципом неопределённости Гейзенберга, а так же другими теоретическими и экспериментальными данными заставило некоторых учёных подвергнуть сомнению на классическую физику  и предположить, что у микрочастиц вообще нет никаких внутренних свойств и они появляются только в момент измерения. Некоторые же ученные предположили, что роль сознания экспериментатора для существования всей Вселенной является ключевой, поскольку, согласно квантовой теории, именно наблюдение создаёт или частично создаёт наблюдаемое.

Квантовая нелокальность

«	Если квантовая механика вас не потрясла до глубины души, значит, вы её еще не поняли.	»
— Нильс Бор

Свойство нелокальности квантовой теории вызывает существование корреляций между состояниями запутанных подсистем исходной системы, на каких бы расстояниях друг от друга они ни находились. Поэтому появляется возможность мгновенного определения квантового состояния в одном месте на любом расстоянии путём измерения запутанного с ним состояния в другом месте и, соответственно, его передача с бесконечной скоростью — квантовая телепортация.

Хоть связанные кванты и коррелируют мгновенно, но передать полезную информацию таким волшебным образом всё-таки невозможно. На то, чтобы измерить квантовое состояние и сопоставить с измерениями другого связанного кванта, нужно потратить время и воспользоваться вполне обычными средствами связи. Тем не менее, сам факт того, что две частицы, разнесенные на сколь угодно большое расстояние способны, хоть и особым образом, но мгновенно влиять друг на друга, заставил некоторых ученыхпровести большое количество споров.

Иными словами, это аналог того, как если мы запускаем на двух компьютерах в один и тот же момент один и тот же генератор случайных чисел, но результаты последнего умножаем на минус один. Соответственно, куда бы мы не отнесли второй компьютер, по его случайным числам случайные числа первого легко восстановимы. Но, поскольку числа являются случайными, невозможно их осмысленно передавать ни в ту, ни в другую сторону.

Решение было найдено в виде теоремы запрета клонирования.

Дискуссия

Когда родилась квантовая механика, даже её создатель Макс Планк не принял в глубине души всей причудливости этой науки. Эйнштейн считал квантовую механику абсурдной теорией, называл его «безумием». Кризис восприятия был так велик, потому что с появлением квантовой механики под ногами физиков полностью пропала опора в виде наглядных схем и понятных интерпретаций. Физика чем дальше, тем больше становилась математикой, то есть формульной абстракцией, которую иногда даже невозможно проверить опытным путем, причем формулы порой выдавали попросту абсурдные решения. Это стало причиной раскола в среде физиков, которая продолжалось длительное время.

Мнения Эйнштейна разделяли  также Планк и Шрёдингер, а оппонентом выступал Нильс Бор, а также Гейзенберг, Борн, Ландау, Йордан.

Суть полемики состоялась в ответе на вопрос, действительно ли миром правит принципиальная неопределённость или же мы просто не знаем некоторых свойств микрочастиц, которые (если бы их можно было измерить) позволяли бы стопроцентно предсказать поведение квантов в каждой конкретной ситуации.

ЭПР-парадокс

Эйнштейн предпринял (как ему тогда казалось) окончательное решение квантового вопроса.

В 1935 году Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном написал статью «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?», в которой описал мысленный эксперимент, который впоследствии был назван парадоксом Эйнштейна—Подольского—Розена (ЭПР-парадокс).

Согласно соотношению неопределённостей Гейзенберга, нет возможности измерить одновременно координату частицы и её импульс. Предполагая, что причиной неопределённости является то, что производя измерение одной величины, вносится принципиально неустранимые возмущения в её движение и искажение значения другой величины, можно предложить гипотетический способ, которым соотношение неопределённостей можно обойти.

Если взять две одинаковые частицы, образовавшиеся в результате распада третьей частицы, то в этом случае их импульсы должны быть связаны. Это даёт возможность измерить импульс одной частицы и по закону сохранения импульса рассчитать импульс второй, не внося в её движение никаких возмущений. Поэтому, измерив координату второй частицы, можно получить для этой частицы значения двух неизмеримых одновременно величин, что по законам квантовой механики невозможно. Исходя из этого можно заключить, что соотношение неопределённостей не является абсолютным, а законы квантовой механики являются неполными и должны быть в будущем уточнены.

На что Бор апеллировал в свою очередь, что в данном случае мы обязаны анализировать эти две частицы не как независимые, а как единую квантовую систему. Поэтому, измеряя скорость одной частицы, мы влияем и на другую. И происходит коллапс общей волновой функции. Эйнштейн назвал это дальнодействием.

Это озадачило физиков надолго, и только экспериментальная проверка могла показать чье мнения ближе к истине, но на тот период не было возможности провести такой эксперимент.