Роль наблюдателя в квантовой механике — Кирилл Половников. Роль наблюдателя в процессе сбора данных Критика постановки проблемы как ключ к ее решению

Главная проблема квантовой механики – это вопрос о том, что происходит в момент редукции волновой функции. Почему плоская волна электрона «реализуется» в одной точке фотопластины? Является ли наша неспособность «вычислить», какая именно из имеющихся возможностей «реализуется», фундаментальным законом природы, либо же следствием несовершенства используемых нами методов и приборов. Сам процесс редукции так же не уловим, как линия горизонта или основание радуги. В какой момент он происходит? В момент взаимодействия волновой функции с фотопластиной, являющейся «классическим» объектом, либо же в момент «наблюдения» экспериментатора за фотопластиной? И чем же так выделен «наблюдатель», что ему дано право выбирать по какому из возможных путей пойдет мир дальше?

Давайте попробуем разобраться, где проходит грань между «классическим» и квантовым объектом. В бытность студентами (а именно только студенты, пожалуй, в наше время и задаются такими вопросами), мой отец В.А. Мазур и его друг А.В. Гайнер рассуждали примерно следующим образом. Процесс «наблюдения» – это есть процесс взаимодействия волновой функции с прибором, который имеет настолько сложную волновую функцию, что рассчитать ее нет никакой возможности. Поэтому он является классическим объектом. Результат взаимодействия волновой функции электрона с таким объектом непредсказуем и носит вероятностный характер, но не потому, что это есть фундаментальный закон природы, а потому, что наши методы исследования несовершенны. Желая упростить модель «наблюдения», они гипотетически поставили такой эксперимент. Берем плоскую волну электрона, падающую на идеально плоскую фотопластину, состоящую из атомов водорода, расположенных в шахматном порядке. Все атомы находятся в основном состоянии. Вычислить результат взаимодействия не составляет большого труда. Волновая функция пластины после взаимодействия представляет из себя сумму N (где N – число атомов в пластине) слагаемых, каждое из которых имеет «вес» 1/N. Первое слагаемое – атом номер 1 возбужден, остальные – в основном состоянии, второе слагаемое – атом номер 2 возбужден, остальные – в основном состоянии и т.д. Вывод, который отсюда сделали мой отец и А.В. Гайнер – такая пластина не является классическим объектом, а остается квантовым, реальные же пластины устроены достаточно сложно, чтобы быть классическими.

Я же предлагаю довести их гипотетический эксперимент до конца, и рассмотреть, что будет после взаимодействия этой пластины с наблюдателем. Конечно, смоделировать волновую функцию наблюдателя нам не по силам. Но некоторые аналогии кажутся достаточно очевидными. Итак, наш «квантовый» наблюдатель посмотрел на эту фотопластину. Что произойдет с его волновой функцией? Как легко можно понять, она распадется на N слагаемых. Условно их можно назвать так: первое слагаемое – наблюдатель видит возбужденный атом номер 1, второе слагаемое – наблюдатель видит возбужденный атом номер 2 и т.д. Опять, казалось бы, момент редукции от нас ускользнул. Но давайте рассмотрим субъективные ощущения наблюдателя. Предположим, он провел этот эксперимент три раза. Как легко видеть, его волновая функция имеет уже N в кубе слагаемых. И вот тут и произошла редукция. Предположим, что он встретил «классического», а не «квантового» наблюдателя, который спросил у его результаты этих экспериментов. И от N в кубе слагаемых нашего «квантового» наблюдателя останется только одно. Но заметьте – он будет твердо уверен в том, что в первом случае он видел возбужденным атом, скажем номер 27, во втором – 3, а в третьем – 137. Никаких воспоминаний о других слагаемых своей волновой функции в нем не останется. Об этих своих «субъективных» ощущениях он и расскажет «классическому» наблюдателю.

Отсюда мы видим, что процесс редукции может быть вовсе не связан с процессом «наблюдения». В момент «наблюдения» не наблюдатель «выбирает» одно из возможных состояний мира, а сам «распадется» на слагаемые. Каждое из этих слагаемых соответствует слагаемым «измеряемого» объекта. Предположим, что редукция происходит вообще очень редко. Раз в год, например. Все наблюдатели, и мы с вами, в том числе, после редукции и представления не будем иметь о том, что наши волновые функции имели другие, «нереализовавшиеся» слагаемые.

Очевидно, что особой необходимости в «реализации», как таковой, нет. Она проистекала из субъективного ощущения тех наблюдателей, которые «видели» как из равновероятных возможностей случайным образом «реализуется» только одна. Ведь ни одно из слагаемых волновой функции наблюдателя не содержит информации о других слагаемых.

Тут мы упираемся в вопрос о том, что такое «я» наблюдателя. Легко понять, что «субъектом» является не весь ансамбль «слагаемых», а только одно из них. Причем – любое. То есть, человек представляет из себя не «мировую линию», а «дерево», причем точками разветвления являются моменты «наблюдений», а попросту – моменты взаимодействия с окружающим миром. И касается это, как вы понимаете, не только людей.

Картина мира, которая предстает после осознания вышеизложенного, выглядит совершенно фантастично. Все, что могло случиться – случилось . Все потерянные возможности были реализованы, они существуют в одном мире и пространстве с нами, но никакого воздействия на нас не оказывают. И, надо признать, что эта картина мира является прямым следствием законов квантовой механики , а не досужими домыслами псевдонаучных фантастов.

Скептики, конечно, могут сказать – а какие следствия из этих рассуждений? Никакого практического смысла они не в себе не несут. Это не совсем так.

Во-первых, становиться очевидным, что нет границы между квантовым и классическим объектом. Момент редукции для нашего субъективного «Я» происходит действительно в момент наблюдения. Но это не мы что-то делаем с миром, а мир что-то делает с нами. Но для простоты можно оставить понятие редукции и гордиться тем, что каждый «реализует» свой мир.

Во-вторых, легко объясняется тот эксперимент, который был поставлен то ли в конце сороковых, то ли в начале пятидесятых. Какая-то частица, распадалась на два осколка, каждый из которых летел в противоположных направлениях. Так, как в момент распада частица покоилась, то все направления полета 1-го осколка были равновероятны. Но вот второй, согласно закону сохранения импульса, должен был лететь в строго противоположном направлении. Детекторы, улавливающие осколки, были поставлены так, чтобы разница времен между «поимкой» осколков была меньше, чем потребуется свету, чтобы дойти от одного детектора до другого (чтобы исключить возможное воздействие результатов на одном детекторе на результаты на другом). Парадокс был в том, что волновые функции двух осколков «реализовывались» согласованно друг против друга, согласно законам сохранения, но ставя в тупик физиков – как волновая функция осколка номер два «узнает» о произошедшей редукции волновой функции осколка номер один? Узнает быстрее скорости света?

Как мы теперь понимаем, редукция осколка номер два происходит не в момент его взаимодействия с детектором, а в момент взаимодействия наблюдателя с детектором, так что причинно-следственные связи не нарушаются.

P.S.
К сожалению, последние семь лет автор не имел возможности следить за развитием физики. Но, вроде бы, аналогичная трактовка квантовой механики уже выдвинута Эвереттом (?), с трудами которого автору пока не удалось ознакомиться.

Роль наблюдателя зависит от цели исследования, в соответствии с которой выбирается и вид наблюдения. Степень включенности в объект, т. е. степень принятия на себя определенных ролей, может быть разной: от полной отстраненности до активного участия в деятельности наблюдаемого объекта.

Нахождение исследователя вне объекта предполагает наблюдение со стороны, без вмешательства в деятельность объекта наблюдения. При включенном наблюдении наблюдатель каким-либо образом включен в деятельность объекта, который он исследует. В зависимости от процедуры проведения наблюдения степень включенности может трактоваться по-разному. Поэтому существуют различные модификации термина «включенное наблюдение» - «стимулирующее включенное наблюдение», «наблюдающее участие», «участвующее наблюдение», «провоцирующее наблюдение», «провоцирующий квазиэксперимент» и т. д. Все указанные вариации отражают специфику использования различных видов наблюдения, в котором роль наблюдателя может нести различную нагрузку.

Подробная характеристика форм включенного наблюдения в зависимости от степени активности (от пассивного до полного участия) исследователя представлена в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Степень активности исследователя в процессе наблюдения

Составлено по: .

В рамках метода включенного наблюдения нет идеальных форм наблюдения. Каждая из них обладает своими недостатками. Так, пассивный наблюдатель ограничивает себя в отношении возможности установить контакт с участниками изучаемой группы. Наличие преимущественно визуальной информации не дает возможности глубокой, а иногда даже и правильной интерпретации получаемых данных.

При применении формы умеренного участия исследователь предстает и как участник, и как наблюдатель. Как правило, при этом в изучаемой группе специально создается ложное представление о цели присутствия наблюдателя. Например, наблюдатель в классе присутствует для того, чтобы посмотреть реакцию школьников на определенные задания учителя, а легенда заключается в том, что он врач и наблюдает за утомляемостью учеников. Нередко используется легенда, что наблюдатель - ученик, стажер и его цель - обучение профессии. Такое наблюдение позволяет сочетать как участие в жизни группы, так и возможность объективно оценивать увиденное в ходе наблюдения.

При активном участии наблюдатель воспринимается как полноправный участник событий. Типичный пример - исследование американского социолога У. Уайта «Общество на углу улицы» . В 30-х гг. XX в. в Америке он поселился в итальянских трущобах, чтобы изучить образ жизни итальянских эмигрантов. Его легенда заключалась в том, что он студент-историк, который собирается описать историю этого места. Уайт изучил жаргон эмигрантов, их привычки и игры, вошел в контакт с главарем банды. Со временем его стали считать частью местной «обстановки», и он получил возможность делать свои записи в любой ситуации.

Преимущества активного участия и участвующего наблюдения очевидны: они дают наиболее яркие и полные впечатления о среде, помогают исследователю «вжиться» в изучаемую среду, ситуацию и тем самым лучше понять поведение изучаемых. Недостатком данной формы наблюдения может являться слишком сильное отождествление и идентификация с изучаемыми, что не позволяет социологу сохранять дистанцию и объективность, необходимую для исследовательской деятельности.

Несмотря на то что исследователь при включенном наблюдении стремится принять на себя одну из ролей, доступных ему, он будет тем не менее, отличаться от обычного участника ситуации. Характеристики деятельности обычного участника ситуации и включенного наблюдателя представлены в табл. 9.2.

Таблица 9.2

Характеристики деятельности обычного участника ситуации и включенного наблюдателя

Составлено по: [Ильин, 2006, с. 87].

Метод наблюдения в отечественной социологии подробно описан российским социологом А. Н. Алексеевым [Алексеев, 2005; 2010]. В январе 1980 г. Алексеев приступил к проведению социологического исследования в рабочей среде по типу «включенного наблюдения» и перешел на работу в качестве слесаря-наладчика на завод «Полиграфмаш». В своей работе автор подробно описывает такой вариант включенного наблюдения, как наблюдающее участие, которое предполагает исследование социальных ситуаций через целенаправленную активность субъекта, делающего собственное поведение своеобразным инструментом и контролируемым фактором исследования, что делает наблюдение более сложным и приближает его к социальному экспериментированию. Любое воздействие, вторжение в естественный процесс закономерно вызывает вопрос: следует ли наблюдателю вмешиваться в изучаемую ситуацию? «Ответ на этот вопрос зависит от цели исследования. Если основная цель - диагностика ситуации... вмешательство социолога исказит реальную картину, а в итоге будут получены ненадежные данные или данные об уже другом событии. Если же цель исследования познавательно-аналитическая или (же) практически прикладная и состоит главным образом в принятии управленческих и организационных решений, вмешательство не только возможно, но и полезно» [Алексеев, 2010, с. 179].

Существует еще одна вариация наблюдения - самонаблюдение. Этот метод может дать уникальные данные о специфике понимания развития социальной ситуации, развития конфликта, реакции на окружающую действительность. Разумеется, самонаблюдение как научный прием может быть использовано при наличии постоянной рефлексии. Об одной из вариаций самонаблюдения пишет В. И. Ильин: «Социолог смотрит на жизнь семей (своей и чужой), потоки людей и машин на улицах, отношения между коллегами, события, предлагаемые СМИ, слышит слова, произносимые окружающими людьми, - через призму своего габитуса как схемы классификации и оценивания, воспринимая повседневный мир в качестве объекта исследования... В силу этого и повседневный опыт может быть ценным источником при проведении самых разных исследований» [Ильин, 2010, с. 8].

Невмешательство наблюдателя, если оно не вызвано специально оговоренными условиями (как в случае включенного наблюдения), считается чуть ли не основным постулатом научного метода. Однако в социальных науках выполнить его крайне непросто. Здесь конечные результаты во многом зависят от личности наблюдателя, его отношения к изучаемым явлениям. Ведь наблюдение - метод сбора информации, основанный на непосредственном контакте исследователя и объекта исследования.

Невключенное наблюдение. В идеале ученый при невключенном наблюдении должен стать как бы невидимкой. Поскольку идеал недостижим, наблюдателю надлежит вести себя так, чтобы на него обращали как можно меньше внимания, дабы уменьшить помехи, вносимые им в наблюдаемое явление. Ему противопоказана яркая (броская) одежда, экстравагантность манер поведения, излишняя демонстрация своей заинтересованности изучаемыми событиями. Он должен иметь устойчивую психику, флегматичный темперамент, способность сохранять самообладание при резких изменениях ситуации, терпение и устойчивость в сохранении своей позиции стороннего наблюдателя.

Включенное наблюдение. Здесь от наблюдателя потребуются умение быстро и эффективно налаживать контакты с незнакомыми людьми, общительность, доброжелательность, тактичность, сдержанность и толерантность (терпимость к другим людям).

В лабораторных наблюдениях, проводимых в искусственно созданных условиях, повышается значимость умения исследователя регулировать эти условия и контролировать их влияние на наблюдаемых, а также таких черт, как принципиальность и аккуратность, техническая грамотность (в связи с использованием аудиовизуальных средств наблюдения).

В полевых наблюдениях, осуществляемых в обычной социальной жизни и дающих более объективную информацию, особую роль играют знания смыслов невербальных реакций людей (улыбок, жестов), оперативная память, аналитичность мышления наблюдателя, его способность отграничивать друг от друга отдельные признаки изучаемого объекта, распределять свое внимание на все эти признаки и переключать его на один из них.

Стандартизированное наблюдение, которому свойственны четко формализованные процедуры и инструменты, предполагает повышенную способность наблюдателя к сосредоточению внимания на частностях и самоконтролю, а также пунктуальности, исполнительности и педантизму.

Нестандартизированное наблюдение, когда заранее не определена большая часть элементов, подлежащих регистрации, требует во многом противоположного - солидной теоретической подготовки в области социологии, психологии, социальной психологии и конфликтологии, умения с одинаковым вниманием следить, как минимум, за 5-7 параметрами ситуации, способности быстро переключать внимание, не зацикливаясь лишь на каком-либо одном проявлении категории наблюдения.

Алексей Мазур

Главная проблема квантовой механики – это вопрос о том, что происходит в момент редукции волновой функции. Почему плоская волна электрона «реализуется» в одной точке фотопластины? Является ли наша неспособность «вычислить», какая именно из имеющихся возможностей «реализуется», фундаментальным законом природы, либо же следствием несовершенства используемых нами методов и приборов. Сам процесс редукции так же не уловим, как линия горизонта или основание радуги. В какой момент он происходит? В момент взаимодействия волновой функции с фотопластиной, являющейся «классическим» объектом, либо же в момент «наблюдения» экспериментатора за фотопластиной? И чем же так выделен «наблюдатель», что ему дано право выбирать по какому из возможных путей пойдет мир дальше?

Давайте попробуем разобраться, где проходит грань между «классическим» и квантовым объектом. В бытность студентами (а именно только студенты, пожалуй, в наше время и задаются такими вопросами), мой отец В.А.Мазур и его друг А.В.Гайнер рассуждали примерно следующим образом. Процесс «наблюдения» – это есть процесс взаимодействия волновой функции с прибором, который имеет настолько сложную волновую функцию, что рассчитать ее нет никакой возможности. Поэтому он является классическим объектом. Результат взаимодействия волновой функции электрона с таким объектом непредсказуем и носит вероятностный характер, но не потому, что это есть фундаментальный закон природы, а потому, что наши методы исследования несовершенны. Желая упростить модель «наблюдения», они гипотетически поставили такой эксперимент. Берем плоскую волну электрона, падающую на идеально плоскую фотопластину, состоящую из атомов водорода, расположенных в шахматном порядке. Все атомы находятся в основном состоянии. Вычислить результат взаимодействия не составляет большого труда. Волновая функция пластины после взаимодействия представляет из себя сумму N (где N – число атомов в пластине) слагаемых, каждое из которых имеет «вес» 1/N. Первое слагаемое – атом номер 1 возбужден, остальные – в основном состоянии, второе слагаемое – атом номер 2 возбужден, остальные – в основном состоянии и т.д. Вывод, который отсюда сделали мой отец и А.В.Гайнер – такая пластина не является классическим объектом, а остается квантовым, реальные же пластины устроены достаточно сложно, чтобы быть классическими.

Я же предлагаю довести их гипотетический эксперимент до конца, и рассмотреть, что будет после взаимодействия этой пластины с наблюдателем. Конечно, смоделировать волновую функцию наблюдателя нам не по силам. Но некоторые аналогии кажутся достаточно очевидными. Итак, наш «квантовый» наблюдатель посмотрел на эту фотопластину. Что произойдет с его волновой функцией? Как легко можно понять, она распадется на N слагаемых. Условно их можно назвать так: первое слагаемое – наблюдатель видит возбужденный атом номер 1, второе слагаемое – наблюдатель видит возбужденный атом номер 2 и т.д. Опять, казалось бы, момент редукции от нас ускользнул. Но давайте рассмотрим субъективные ощущения наблюдателя. Предположим, он провел этот эксперимент три раза. Как легко видеть, его волновая функция имеет уже N в кубе слагаемых. И вот тут и произошла редукция. Предположим, что он встретил «классического», а не «квантового» наблюдателя, который спросил у его результаты этих экспериментов. И от N в кубе слагаемых нашего «квантового» наблюдателя останется только одно. Но заметьте – он будет твердо уверен в том, что в первом случае он видел возбужденным атом, скажем номер 27, во втором – 3, а в третьем – 137. Никаких воспоминаний о других слагаемых своей волновой функции в нем не останется. Об этих своих «субъективных» ощущениях он и расскажет «классическому» наблюдателю.

Отсюда мы видим, что процесс редукции может быть вовсе не связан с процессом «наблюдения». В момент «наблюдения» не наблюдатель «выбирает» одно из возможных состояний мира, а сам «распадется» на слагаемые. Каждое из этих слагаемых соответствует слагаемым «измеряемого» объекта. Предположим, что редукция происходит вообще очень редко. Раз в год, например. Все наблюдатели, и мы с вами, в том числе, после редукции и представления не будем иметь о том, что наши волновые функции имели другие, «нереализовавшиеся» слагаемые.

Очевидно, что особой необходимости в «реализации», как таковой, нет. Она проистекала из субъективного ощущения тех наблюдателей, которые «видели» как из равновероятных возможностей случайным образом «реализуется» только одна. Ведь ни одно из слагаемых волновой функции наблюдателя не содержит информации о других слагаемых.

Тут мы упираемся в вопрос о том, что такое «я» наблюдателя. Легко понять, что «субъектом» является не весь ансамбль «слагаемых», а только одно из них. Причем – любое. То есть, человек представляет из себя не «мировую линию», а «дерево», причем точками разветвления являются моменты «наблюдений», а попросту – моменты взаимодействия с окружающим миром. И касается это, как вы понимаете, не только людей.

Картина мира, которая предстает после осознания вышеизложенного, выглядит совершенно фантастично. Все, что могло случиться – случилось. Все потерянные возможности были реализованы, они существуют в одном мире и пространстве с нами, но никакого воздействия на нас не оказывают. И, надо признать, что эта картина мира является прямым следствием законов квантовой механики, а не досужими домыслами псевдонаучных фантастов.

Скептики, конечно, могут сказать – а какие следствия из этих рассуждений? Никакого практического смысла они не в себе не несут. Это не совсем так.

Во-первых, становиться очевидным, что нет границы между квантовым и классическим объектом. Момент редукции для нашего субъективного «Я» происходит действительно в момент наблюдения. Но это не мы что-то делаем с миром, а мир что-то делает с нами. Но для простоты можно оставить понятие редукции и гордиться тем, что каждый «реализует» свой мир.

Во-вторых, легко объясняется тот эксперимент, который был поставлен то ли в конце сороковых, то ли в начале пятидесятых. Какая-то частица, распадалась на два осколка, каждый из которых летел в противоположных направлениях. Так, как в момент распада частица покоилась, то все направления полета 1-го осколка были равновероятны. Но вот второй, согласно закону сохранения импульса, должен был лететь в строго противоположном направлении. Детекторы, улавливающие осколки, были поставлены так, чтобы разница времен между «поимкой» осколков была меньше, чем потребуется свету, чтобы дойти от одного детектора до другого (чтобы исключить возможное воздействие результатов на одном детекторе на результаты на другом). Парадокс был в том, что волновые функции двух осколков «реализовывались» согласованно друг против друга, согласно законам сохранения, но ставя в тупик физиков – как волновая функция осколка номер два «узнает» о произошедшей редукции волновой функции осколка номер один? Узнает быстрее скорости света?

Как мы теперь понимаем, редукция осколка номер два происходит не в момент его взаимодействия с детектором, а в момент взаимодействия наблюдателя с детектором, так что причинно-следственные связи не нарушаются.

После того, как был проведен анализ работы, построена модель компетенций, следующий шаг - выбор упражнений, адекватно измеряющих компетенции, требуемые для эффективного выполнения работы. На этой стадии полезно составить документ, в котором соотнесены упражнения и компетенции, к ним относящиеся. Этот документ часто называют матрицей компетенций-упражнений.

Упражнение на составление графика работы

Кандидата просят составить график или план для решения какой-либо задачи или для определенного мероприятия. Кандидату предоставляется сопутствующая информация, а также предъявляется ряд условий-ограничений, таких как объем ресурсов, имеющихся в наличии, временные рамки, размер бюджета и т.п. Наблюдатель не следит за тем, как кандидат выполняет упражнение, но в последствии оценивает результат работы.

Матрица компетенций (критериев) – упражнений

* - Обозначает, что компетенцию можно наблюдать в данном упражнении

Роль наблюдателя чрезвычайно важна. Огромное количество времени и усилий обычно вкладывается в проведение подробного анализа работы с целью составления желаемого списка компетенций и разработки подходящих имитационных упражнений , обеспечивающих успешность проведения ЦО. Однако даже если компетенции и упражнения отвечают высочайшим стандартам качества, можно получить неадекватные результаты из-за того, что наблюдатели не прошли полного курса обучения и не способны справляться со своими задачами. Задачей наблюдателя во время ЦО является точная запись того, что кандидат говорит или делает в процессе выполнения упражнений. Впоследствии наблюдатели используют свои записи для того, чтобы сделать заключение о том, какой уровень исполнения был показан кандидатами относительно соответствующей компетенции.

По окончании ЦО записи, или перечни поведенческих примеров, полученных всеми наблюдателями по всем упражнениям, собираю вместе и формируют общую картину по каждому кандидату. Эту часть ЦО называют интеграционной сессией. На этой сессии каждый из наблюдателей должен суметь обосновать перед коллегами те оценки или рейтинги, которые он выставил. Оценки выставляются на основе поведенческих примеров, соотвествующих каждой из рассматриваемых компетенций. Чтобы обеспечить достаточное количество поведенческих примеров, необходимо подробно (насколько это возможно) записывать то, что кандидат говорит или делает во время упражнения. Наблюдатель работает как живая видеокамера, его задача – фиксировать слова и действия, не допуская суждений по поводу увиденного. Наблюдатель должен быть очень хорошо знаком с компетенциями и упражнениями, которые используются в ЦО, знать их «назубок».