Термины «скрытые параметры», «теории скрытых параметров» вызывают ассоциации со временем создания квантовых моделей, с обсуждением философии квантовых подходов, но смысл их весьма обширен.
При проникновении в микромир физика столкнулась с рядом явлений, которые объясняются через ненаблюдаемые и неописываемые структуры элементарных объектов. Фактически базой для построения квантовых моделей являются наблюдаемые проявления свойств ненаблюдаемых структур. Понятие скрытых параметров следует применить к описаниям конкретных явлений, к трактовкам частных наблюдений и экспериментов. Об этом идёт речь далее.
Структуры элементарных объектов объёмны. Этот объём несёт энергию, которая определена как собственная внутренняя энергия объекта. Объёмность структуры не позволяет связать движение объекта, внешнее воздействие, точку приложения импульса с определённой координатой. Используемые понятия «координата, место обнаружения частицы» по сути уводят от реальности и являются модельными абстракциями.
Способ существования структур микрообъектов — динамика, обусловленная свойствами субстанции. Динамическими свойствами субстанции формируется волновой вид структур. Волновые свойства структур следует рассматривать не как волны в среде, а как «среду», сформированную в виде волн. Такие структуры при движении и во взаимодействиях выглядят как волны. Дуализм свойств, необходимость, возможность корпускулярных и волновых описаний обусловлены видом структур объектов.
При встрече независимых несвязанных структур их волновые свойства (частоты, амплитуды, фазы распределённых по объёмам цугов волн) оказываются поляризованными случайным образом, случайным оказывается и результат встречи этих структур.
Случайности в микромире определены совместным действием независимых скрытых факторов. Каждая конкретная реализация таких случайностей причинно детерминирована. В опыте с монетами конкретная реализация каждого случая (орёл или решка) также детерминирована через скрытые параметры — исходное положение, силу и высоту подброса, скорость вращения и т. д. Однако, такую детерминированность трудно взять на вооружение. Видимая реальность такова, что всегда есть набор скрытых параметров и за ним стоят случайности. Набор действующих причинных факторов, стоящих за случайностями, в квантовой механике не рассматривается.
С вероятностями связаны вводимые квантовой механикой понятия волновой функции и суперпозиции волновых функций. Выстраивалось это для описания непонятного наблюдаемого, результатов необъяснимых опытов.
По своей сути волновая функция отражает в обобщённом виде свойства и поведение микрообъектов. Её можно косвенно сопоставить с объёмными скрытыми структурами объектов и их вероятностным характером поведения во взаимодействиях.
Суперпозиция волновых функций (суперпозиция возможных вариантов развития событий) выступает как технический приём на уровне трюка, с помощью которого вероятности вводятся и обрабатываются в моделях. Это чисто модельное понятие и не имеет отражения в каком-то материальном явлении. Рассматривая судьбу спрятавшегося кота Э. Шредингер не объяснял и не доказывал суперпозицию, напротив, он говорил о нелепости введения такого понятия. Тем не менее понятие и всё с ним связанное успешно работает в области применимости квантовой механики, но бессмысленно его применять вне моделей к реальным материальным событиям.
(Для полноты, стройности и красоты описания непонятного наблюдаемого физики придумали много не существующего в природе. Но не следует изобретённые модельные понятия привязывать к особой квантовой философии, это технические средства родственные по смыслу умножению столбиком в арифметике.)
В физике микромира элементарные (и не очень) объекты по умолчанию остались точечными. Однако, для описания их поведения на основе результатов наблюдений были разработаны и введены новые понятия, принципы, правила, модельные механизмы, имеющие дело с неопределённостями, волнами, вероятностями, волнами вероятностей в которые переведено влияние скрытых параметров объёмных структур, изобретены сугубо модельные, не встречающиеся в природе объекты и модельные абстракции иного вида. Содержание этого инструментария иногда выглядит парадоксально по сравнению с классической физикой. Но оно представляет, как сказано выше, лишь техническую сторону дела, не следует отождествлять его с философией квантовой механики.
Основания к построению моделей физике микромира даёт фундаментальное наблюдаемое в этих масштабах свойство материи — квантованность. Оно рождено локальными и не наблюдаемыми свойствами непрерывной материи, механизмами действующими в ней; причинно квантованность не является самостоятельным первородным явлением. Единая непрерывная материя предстаёт оформленной посредством ненаблюдаемых свойств субстанции в виде наблюдаемых выделенных объектов с определяемыми параметрами. Существование квантов-объектов является отправной точкой для квантования различных величин и, естественно, для построения квантовых описаний.
Имеется предельное минимальное определённое количество субстанции, которое может сформироваться в законченную и устойчивую структуру, это свойство сопоставляется с модельным понятием «квант действия». Размеры частиц не могут бесконечно уменьшаться (эта одна из сторон квантованности определена скрытыми свойствами субстанции). Набор структур, устойчиво существующих изолированно или в составе ансамблей, ограничен.
Набор наблюдаемых параметров изолированного объекта (частицы) однозначно определён его скрытой структурой, параметры объектов — это отражение интегральных характеристик объёмных структур, один параметр объекта не может измениться независимо от других. Имея в распоряжении сервисы, учитывающие влияние ненаблюдаемых структур, можно строить работающие модели поведения конкретных частиц при их точечном представлении в сочетании с набором параметров
.Скрытая внутренняя динамика структуры, связанная с внутренней энергией, определяет инерционные свойства объекта, его инерционную массу.
Скорость фотона непосредственно связана с его структурой. Последняя выстроена таким образом, что на переднем фронте движения фотона работает динамика субстанции. Это движение не инерциальное, а самоформирующееся — изменения субстанции во времени переходят в движение в пространстве и наоборот
Неопределённость данных о характеристиках нейтрино (скорость, масса, превращения) следует рассматривать как особое свойство сообществ нейтрино разных типов. Это свойство задаётся неопределённостью их структур — отсутствием определённых, своеобразных, повторяющихся структур для нейтрино каждого типа, при каждом их образовании. Нейтрино — это связующий материал между объектами, некие «осколки» материи, образующиеся при распаде структур, которым недостаёт свойств кванта действия, чтобы сформировалась определённая структура..
Структуры всех элементарных объектов являются безоболочечными. При встрече безоболочечные структуры взаимодействуют путём взаимного проникновения друг в друга. Создаётся объёмная область взаимодействия двух структур, существующая по особым законам, возникает реальный квант взаимодействия (всё это происходит минуя вакуум, в самих структурах). Скрытыми параметрами, влияющими на результат взаимодействия, при этом являются пространственные распределения плотности субстанции и волновых свойств по объёмам участвующих структур. По сути, именно это разделяет четыре фундаментальные взаимодействия, каждое из которых связано с определённым видом объектов.
Стоящий на пути движущейся элементарной частицы потенциальный барьер сформирован из других частиц и имеет волновые свойства. Скрытые волновые параметры частицы и барьера определяют возможность туннелирования частицы через барьер: ортогональные по пространству и времени волны не взаимодействуют.
Сверхпроводимость обеспечивается волновыми свойствами должным образом выстроенных, поэтому не взаимодействующих, структур элементарных объектов.
Очевидным скрытым параметром является время квантового скачка, перехода системы между состояниями. Любые переходы и изменения связаны с перестроениями субстанции, а скорости её движений конечны, соответствуют скоростям света в этой системе отсчёта. Сопоставляя скорости и размеры объектов можно оценить продолжительность переходных процессов. Времена переходов ничтожны, это является хорошим поводом описывать непрерывные движения систем дискретными методами — через фиксацию состояний и вероятностные переходы между состояниями. Непосредственно переходные процессы квантовой механикой не рассматриваются.
Ненаблюдаемые динамические свойства структур вызывают не обсуждаемый физикой вопрос: как формируются граничные условия устойчивого существования безоболочечных структур в ограниченном объёме изотропного пространства? В реальности это наблюдается в виде уходящих в бесконечность (где вопрос граничных условий не актуален) полей — гравитационного поля для всех объектов и дополнительно в виде поля элементарного заряда для объектов с массой покоя
Действия элементарного электрического заряда невозможно описать одной скалярной величиной. Дополнительными скрытыми параметрами заряда являются вид его структуры и её волновые свойства. Эти параметры проявляются в «щелевых» опытах с электронами.
Самоформирующуюся пространственно растянутую (теоретически размер её стремится в бесконечность) волновую структуру заряда можно представить как субстанцию (читай — среду), выстроенную в форме волн. Подобным образом сформированная структура при движении взаимодействует с препятствием точно так же, как волна распространяющаяся в среде. Через одну щель заряд проходит как единый объект, его волновая структура на экране может интерферировать с такой же структурой другого электрона, проходящего через вторую щель. Надвигаясь на две щели волновая структура заряда обтекает препятствие в виде промежутка между щелями как волна, распространяющаяся в среде. На экране наблюдается интерференция частей одной волны. Влияние на щелевые опыты средства наблюдения не следует представлять как парадокс, это вполне объяснимый факт. Появление рядом со щелью средства наблюдения — материального объекта — нарушает существующую структуру заряженного электрона. Эта структура сформирована изначально в изотропном пространстве и поддерживается динамически, наличие объекта эквивалентно нарушению изотропности пространства. В своей динамике структура вынужденно подстраивается под новые условия, по-иному взаимодействует со щелями.
Такова суть материальных процессов в «щелевых опытах» с любыми волновыми структурами. Никакие суперпозиции в этих реальных материальных явлениях не присутствуют.
Скрытые параметры проявляются в вероятностных опытах с запутанными электронами. В этом случае имеем дело с динамическими скрытыми параметрами, формируемыми в процессе запутывания структур.
Структура объекта с массой покоя образуется как пространственная циркуляция какого-то кванта. Спин ½ такой структуры отражает движение субстанции в самом объекте; не являясь вращением (в котором все точки объекта имеют одинаковую угловую скорость), это движение наблюдается как вращение. При пролёте через магнитное поле такая структура взаимодействует с полем и принимает одно из двух возможных направлений спина, это зависит от того, к какой половине полного телесного угла (по трём координатам) это направление относилось при подлёте к полю. В неоднородном поле электрон отклоняется в соответствии с уже полученной в этом же поле ориентацией, это изменяет спектр углов спина в пучке электронов. Такая двойственность движения электрона часто упускается при трактовках опыта Штерна — Герлаха, она скрыта от квантовой механики.
На структуру, несущую спин, может быть наложено дополнительное внешнее вращение, так как это вращение и спин формируются разными механизмами. Это и происходит через взаимодействие при запутывании частиц. Если спин свободного электрона может быть равновероятно ориентирован в магнитном поле в двух направлениях, то вращающийся возбуждённый электрон выберет одно предпочтительное направление: с полем взаимодействует не спин, а вся объёмная вращающаяся структура. За счёт вращения заряженного электрона формируется дополнительный магнитный момент, влияние спинового магнитного момента аннулируется.
Разлетаясь при отталкивании запутанные структуры взаимно отражаются, храня информацию друг о друге и об образовавшихся движениях — импульсах и вращениях. Каждая из частиц выступает средством наблюдения за напарниками. Разлетевшиеся частицы продолжает связывать совместное выполнение законов сохранения.
Можно проследить судьбу разлетающихся запутанных электронов.
Взаимодействуя в момент запутывания, структуры двух электронов выстраиваются таким образом, что спины направлены противоположно, другой вариант запрещён. Этот механизм нашёл отражение в более общем принципе запрета В. Паули; для своего действия механизм не требует присутствия «квантового наблюдателя». Далее разлетевшиеся электроны подлетают случайно ориентированными к приборам наблюдения со случайно выставленными направлениями магнитных полей, и, взаимодействуя с полем, ориентируются определённым образом в соответствии со своей структурой. Эта цепочка материальных событий также обходится без «квантового наблюдателя». Далее, проходя через неоднородность поля, электроны отклоняются в разных направлениях по отношению к полю (каждый в своём приборе) также без помощи «квантового наблюдателя», и эти отклонения фиксируются. Таким образом наблюдения отмечают результаты взаимодействий электронов с магнитным полем, случившихся до наблюдений. Всё происходит материально, через близкодействие поля с подлетающим к нему электроном, без дальнодействия.
Для оценки результатов некоторых вероятностных опытов с запутанными электронами требуется объяснить, каким образом в конце путешествия электроны взаимно выстраиваются в магнитном поле так же, как они были выстроены изначально при взаимодействии, то есть при ином событии. Стандартный квантово-механический способ описать эффект — ввести специальную частицу, «отвечающую» за происходящее, с дальнейшим «открытием» её на Большом Адронном коллайдере — не подходит. Интерпретатор квантовой механики, отрицающий материальную причинность явлений, замечающий странности в поведении электронов, не соответствие этого поведения ожидаемому, рассуждает о роли наблюдателя и начинает объяснять всё свойствами «особого квантового мира». Однако, реализовано наблюдаемое в экспериментах может быть только в том случае, если нарушена равновероятность двух состояний электрона в магнитном поле, у электрона появляется обязанность-предпочтение ориентироваться в определённом направлении и противоположном направлению другого электрона, если это стало его приобретённым свойством, и это свойство переносится каждым электроном. Таким свойством обладают возбуждённые электроны, получившие при выходе из запутанного взаимодействия взаимно отражённые внешние вращения. Такие электроны ориентируются в магнитном поле противоположным образом.
Ненаблюдаемое поле рассеяния, окружающее фотон и отражающее его структуру, участвует во взаимодействиях с другими фотонами, что влияет на поведение фотонов. Во-первых, наблюдается некоторый сдвиг частотного спектра пучка фотонов, зависящий от интенсивности пучка. Во-вторых, по-разному взаимодействуют фотоны с согласованными и рассогласованными направлениями вращения, стремясь оттолкнуться или объединиться: фотонный пучок через взаимодействия выстраивается в определённую структуру. В-третьих, в этом пучке изменяется вращение конкретного фотона. Истинная спиральность фотона определена однозначно его структурой, она неизменна в системе отсчёта, связанной с условно свободным, только-что сформированным фотоном, такова индивидуальность фотона. Но в пучке взаимодействуют две или несколько вращающихся индивидуальностей, формируя общее движение. Скрытыми параметрами выступают параметры вращений взаимодействующих фотонов, наблюдаемых из сторонней системы отсчёта..
Квантовая механика предложила для описания явлений микромира модели построенные по принципу «чёрного ящика». В качестве «чёрного ящика» выступает само физическое явление. Входными и выходными параметрами являются состояния объектов и систем. Передаточные характеристики «чёрного ящика» строятся на основе волновых функций и вероятностей. Именно для этого типа моделей разработан специальный инструментарий, Суть моделей квантовой физики связана с описанием непрерывного поведения объектов дискретными методами.
Такой подход отмечает новый определённый и в то же время ограниченный уровень проникновения в суть явлений. Он подходит для описания поведения объектов и систем объектов и малоэффективен при рассмотрении причинности явлений. Причинность квантовых явлений находится вне поля зрения квантовой механики. «Чёрный ящик» скрывает материальные процессы, формирующие «квантовые скачки», переходы между состояниями системы. В этих процессах ход событий определяется близкодействием, они объёмны и многомерны. Скрытые параметры этих процессов не могут быть перенесены в построения квантовых моделей, описывающих события других масштабов. Вот почему квантовые модели вооружены вероятностями и волновыми функциями.
Тип моделей, описывающих наблюдаемое, но не объясняющих его, оказался популярным и востребованным в различных областях: считать по установленным правилам проще, чем размышлять о том, откуда всё.
Квантовая механика представила ещё один характерный тип моделей, в которых для описания физических явлений вводятся «скрытые объекты». Речь идёт о виртуальных частицах, представляющих некие модельные абстракции, не существующие в реальности, но формирующие описательный модельный язык. Используются эти модельные объекты для представления ненаблюдаемых структур реальных частиц, для описания взаимодействий, способов соединения объектов в единую структуру. Существуют такие объекты в модельных построениях в виде набора параметров, согласованного с целью получения необходимых результатов. Следует скептически относится к экспериментальному обнаружению таких частиц. Спектр материальных «осколков», встречающихся в реакциях реальных частиц, непрерывен по массе и обширен по сочетанию параметров, в этом множестве с известной долей вероятности можно уловить частицу, которая по сочетанию параметров обрадует автора любой модели, но это не означает, что она в реальности выполняет предписанные ей модельные функции. (Это относится и к бозону Хиггса.)
Вопрос о том, стоят ли за квантово-механическими описаниями «скрытые» параметры, стоит ли придерживаться детерминизма или необходимо обращаться к вероятностям, является риторическим, он не имеет однозначного обобщающего ответа и ответа не требует. Если корпускулярно-волновой дуализм отражает две неразрывно связанные стороны свойств объектов, то так называемый «классический» (детерминистский) и квантово-механический подходы отражают две неразрывно связанные стороны возможных описаний физических явлений. Они переплетены, дополняют друг друга и действуют совместно, возможности их зависят от целей и содержания задач, энерго-пространственно-временных масштабов явлений.
Детерминизм определён непрерывностью и единством материи, реализуется он через близкодействие, но именно это и заставляет обращаться к вероятностным моделям: часто детали и параметры близкодействующих процессов бывают скрыты, не поддаются анализу.
Методы квантовых моделей, насыщенных абстракциями, проникли даже в описания свойств непрерывных динамических структур элементарных объектов (вспомним кварки, бозон Хиггса).
Сложности встречаются при сопоставлении квантово-механических и детерминистских трактовок одних и тех же опытов, в этом случае приходится заняться анализом причинности наблюдаемых явлений отходя от вероятностей.
Объяснение опытов с прибором Штерна — Герлаха требует обращения к скрытому процессу — изменению и формированию ориентации объекта при попадании объекта в магнитное поле.
Объяснение опытов с запутанными электронами требует обращения к скрытому параметру — дополнительному вращению электрона.
Квантово-мистическое объяснение «щелевых» опытов связано с тривиальным незнанием структур волновых объектов — это находится вне поля зрения квантовой механики.
Особая «квантовая реальность», «квантовый мир» — это миф. Речь идёт о выделенном фрагменте общей картины мира, который поддаётся описанию квантовыми моделями. Квантовая механика представила не философию иного особого мира, а философию построения моделей в ситуациях, когда причинные факторы, формирующие физическое явление, не поддаются наблюдению и описаниям. .Некорректно противопоставлять два подхода к описанию физических явлений, наблюдаемые вероятности не противоречат причинности.
P.S.
Страница не может закрыть всех вопросов, связанных со скрытыми параметрами. Это нельзя сделать принципиально: они присутствуют при моделировании любого явления, в любых модельных абстракциях. Необходимо подчеркнуть: важен тщательный и подробный анализ наблюдаемого для его правильного объяснения, отправная точка здесь — материальная причинность всех явлений. Абстрактно-мистическая «роль наблюдателя» появляется, когда не выявлены скрытые физические процессы, формирующие наблюдаемое.