Квантовая суперпозиция и роль наблюдателя в квантовой физике

Согласно квантовой механике если над частицей не производится наблюдение, то ее состояние описывается как квантовая суперпозиция (когерентная суперпозиция), т.е. смешение всех возможных альтернативных состояний в которых может находится частица.

Например, ядро атома за которым не производится наблюдение может находится в смешанном состоянии распада, вероятность которого скажем 1/4, и не распада, вероятность которого 3/4. Считается, что в момент измерения некоего ее параметра частица выбирает из всех вероятных значений этого параметра некое конкретное, или, иными словами, происходит коллапс волновой функции.

При этом считается, что "поведение индивидуальной частицы случайно". И Копенгагенская интерпретация квантовой механики считает что поведение частицы не может быть предсказано вообще никаким методом.

Т.е. квантовая физика установила что наличие измерения влияет на "поведение" частицы.

Это особенно ярко демонстрирует двухщелевой эксперимент, который показывает что фотоны или электроны ведут себя по разному в зависимости от того наблюдают за ними или нет. Как бы странно это не звучало.

Двухщелевой эксперимент

Мы разберем феномен, который невозможно, абсолютно невозможно объяснить любым классическим способом и в котором заложено сердце квантовой механики. В действительности, он содержит тайну.

(We choose to examine a phenomenon which is impossible, absolutely impossible, to explain in any classical way, and which has in it the heart of quantum mechanics. In reality, it contains the only mystery)

Ричард Фейнман, The Feynman Lectures on Physics, Volume III, Chapter 1. Quantum Behavior

Подробнее о двухщелевом эксперименте см. замечательную лекцию Ron Garret The Quantum Conspiracy on Google Tech Talk 2011-01-06, или Загадка квантовой физики — эксперимент с двумя щелями (последнее с русскими субтитрами)

Вкратце этот эксперимент можно описать следующим образом:

Если направлять поток частиц (фотонов или электронов) на чувствительный экран расположенный за экраном в котором имеются две щели, то рисунок следов на экране будет не повторять две щели, как можно было бы ожидать при прохождении частиц, а создавать интерференционную картину как если бы мы пропускали через эти щели волны, каждая из которых, выйдя из источника излучения, одновременно проходит через две щели:

Причем такая картина наблюдается даже если частицы выпускаются по одной.

Но это в том случае если экспериментатор (наблюдатель) не знает через какую именно щель проходит частица.

Если же, экспериментатор, каким-либо образом пытается зафиксировать через какую именно щель проходит каждая частица, то картина на экране меняется: интерференция исчезает, и картина на экране представляет собой две полосы, так как можно было бы ожидать от потока частиц не являющихся волнами.

Причем эксперимент квантового ластика и эксперимент квантового ластика с отложенным выбором создает впечатление, что частица читает мысли и намерения наблюдателя и ведет себя соответственно.

Ричард Фейнман писал (The Feynman Lectures on Physics, Volume III, Chapter 1. Quantum Behavior):

Поскольку поведение частиц в атомной механике так непохоже на наш повседневный опыт, к нему сложно привыкнуть, и оно настолько своеобразно и непостижимо для любого — будь-то новичок или опытный физик. Даже эксперты не могут его понять используя тот способ мышения к которому они склонны, и это вполне объяснимо, так как весь непосредственный человеческий опыт и человеческая интуиция применимы к большим объекта. Мы знаем как будут вести себя большие объекты, но в малом масштабе это просто не работает таким образом.

(Because atomic behavior is so unlike ordinary experience, it is very difficult to get used to, and it appears peculiar and mysterious to everyone — both to the novice and to the experienced physicist. Even the experts do not understand it the way they would like to, and it is perfectly reasonable that they should not, because all of direct, human experience and of human intuition applies to large objects. We know how large objects will act, but things on a small scale just do not act that way)

Но действительно ли мы знаем как ведут себя "большие" объекты, в частности, коты, когда мы на них не смотрим?