Реляционная квантовая механика (РКМ) представляет собой альтернативный подход к интерпретации квантовых теорий, основанный на принципе, что состояния системы всегда описываются относительно других систем. В отличие от традиционных интерпретаций, которые стремятся к абсолютному описанию состояний, реляционная квантовая механика утверждает, что наблюдаемые состояния не имеют объективного, независимого существования, а их определение зависит от наблюдателя.
Реляционная квантовая механика была предложена Карло Ровелли в 1996 году. Основной идеей является то, что квантовые состояния не существуют независимо от системы, которая их наблюдает. То есть, каждое наблюдение (или измерение) связано с наблюдателем, и состояние системы определяется относительно конкретного наблюдателя, который взаимодействует с ней. Таким образом, нельзя говорить о “абсолютных” квантовых состояниях, а лишь о “состояниях, зависящих от наблюдателя”.
Эта интерпретация основана на принципах относительности, в частности на идее, что все явления и измерения зависят от точки зрения наблюдателя, что мы можем наблюдать только относительно других объектов или систем.
Реляционная квантовая механика предлагает решение одной из самых сложных проблем квантовой механики — проблемы измерения. В традиционной квантовой механике возникает парадокс: как только мы проводим измерение, состояние системы «коллапсирует» в одно из возможных состояний, но при этом состояние этой системы остается неопределенным до момента наблюдения. Реляционная квантовая механика, в свою очередь, утверждает, что квантовые состояния системы, такие как суперпозиции, не имеют объективного смысла до тех пор, пока не будет сделано измерение в контексте конкретной системы.
В этой теории процесс измерения и сам факт коллапса волновой функции зависят от того, кто и как проводит измерение. Таким образом, состояние системы всегда выражается как отношение между наблюдаемой системой и наблюдателем, а не как независимое «состояние мира».
Одним из преимуществ реляционной квантовой механики является то, что она избегает необходимости введения множества параллельных миров, как это делает многомировая интерпретация (ММИ). В традиционной многомировой интерпретации предполагается, что все возможные результаты измерений существуют в разных «мировых» ветвях. Это приводит к так называемому парадоксу, когда все возможные исходы становятся реальными в отдельных ветвях реальности.
Реляционная квантовая механика, в отличие от ММИ, не требует существования параллельных миров. Она предлагает, что состояние системы зависит от системы, которая ее наблюдает. В этом контексте каждое измерение приводит к определенной интерпретации состояния, но без необходимости в существовании множества миров. Состояния и наблюдения всегда относительны к конкретному наблюдателю.
В реляционной квантовой механике взаимодействие между системами имеет центральное значение. Эволюция квантовых состояний происходит через процесс взаимодействия различных систем (системы и наблюдателя). Это взаимодействие можно рассматривать как развитие или «эволюцию» информации между системами, где каждая система имеет свое собственное состояние в зависимости от того, с чем она взаимодействует.
Если взять, к примеру, два наблюдателя, которые проводят одно и то же измерение на одной и той же системе, их результаты могут отличаться. Это различие связано с тем, что каждый наблюдатель воспринимает систему по-своему, в зависимости от того, как они взаимодействуют с ней. Это различие в восприятии системы является основным элементом реляционной квантовой механики.
РКМ тесно связана с концепцией локальности в квантовой механике. Локальность означает, что взаимодействие между частицами или системами происходит на ограниченном расстоянии, и информация о системе передается только через взаимодействие, не нарушающее принцип причинности. В реляционной квантовой механике локальность сохраняется, но она не требует, чтобы информация о состоянии системы была одинаково доступна всем наблюдателям. Это помогает устранить проблему парадоксов, связанных с нелокальными эффектами, как в случае с квантовой запутанностью.
Несмотря на привлекательность реляционной интерпретации квантовой механики, она не лишена своих слабых мест. Одним из главных вопросов является то, насколько объективным является описание системы в контексте этой теории. Поскольку состояние системы определяется относительно наблюдателя, возникает вопрос о том, что можно считать объективным измерением, если каждое состояние является субъективным для каждого наблюдателя.
Также некоторые ученые критикуют РКМ за недостаточную разъясненность в контексте более сложных систем, особенно когда речь идет о множественных взаимодействующих наблюдателях. Возможно, для более полного понимания реляционной теории требуется дальнейшее развитие математического аппарата.
РКМ предоставляет новый взгляд на фундаментальные вопросы квантовой теории, такие как измерение, коллапс волновой функции и роль наблюдателя. Эта интерпретация может быть полезной для исследований в области квантовых вычислений, где взаимодействие между различными квантовыми системами играет ключевую роль. Также она может послужить основой для дальнейших исследований в области квантовой информации и квантовых технологий, где понимание реляционности может внести новый вклад в разработку более эффективных методов обработки и передачи информации.
В целом, реляционная квантовая механика открывает новые горизонты для понимания квантовых явлений и привносит уникальный взгляд на природу реальности и квантовых взаимодействий.