Квантовая механика является следствием новой революционной теории информации

Информация и вычисления создают основу реальности, утверждают физики, использовавшие эту идею для обоснования квантовой механики.

Одна из величайших загадок квантовой механики состоит в том, что никто до конца не понимает, что же такое реальный квант в природе. Действительно, многие физики совершенно не согласны с современной интерпретацией. Результатом этого является удручающе туманное понимание природы Вселенной, что и отличает её от других фундаментальных теорий. Например, общая теория относительности дает замечательное толкование природы пространства‑времени. Теорема Нётер доказывает, что каждая симметрия во Вселенной порождает закон сохранения, являясь одной из самых замечательных и красивых в науке. Квантовая механика, напротив, бедна в этом смысле.

Проблема в том, что квантовая механика получена из абстрактных математических идей, которые имеют мало, что общего с реальным миром или не имеют этого смысла вообще. Одно общее доказательство, например, использует полностью абстрактные идеи Гильбертовых пространств и операторов, которые в них работают. Неудивительно, что такую теорию трудно интерпретировать.

Благодаря работе Lluís Masanes из Университета Бристоля в Великобритании и нескольких его коллег, такое отношение меняется. Они впервые обосновывают квантовую механику, исходя из идей, имеющей четкую основу в реальности. Информация и вычисления формируют основу реальности — вот по-истине революционный постулат.

Играет ли информация существенную роль в основании физики? Информация — это абстракция, которая позволяет нам ссылаться на состояния систем когда мы решаем игнорировать сами системы. Это возможно только в очень конкретных рамках, как в классической или квантовой теории, или в более общем плане, всякий раз, когда существует информационный блок такой, что состояние любой системы может будьте реверсивно закодированы в достаточном количестве таких единиц. В этой работе показано, как абстрактный формализм квантовой теории может быть выведен исключительно из наличие универсальной единицы информационной с подходящими свойствами, вместе с еще двумя естественными допущениями: непрерывность и обратимость динамики, а также возможность характеристики состояния составной системы по локальным признакам измерения. Это представляет собой новый набор постулатов для квантовой теории с простым и прямым физическим смыслом, таким как, специальная теория относительности или Термодинамика. Она артикулирует сильную связь между физикой и Информацией.

В новой работе Masanes & Co выдвинули четыре постулата о Вселенной. Если мы их принимаем, утверждают они, то квантовая механика естественным образом из них вытекает. Более того, их формулировка решает важный вопрос о реальности — почему основы Вселенной должны объяснятся квантовой механикой, а не одной из тех, недавно открытых, многочисленных сходных теорий.

Так каковы же эти четыре постулата? Пройдемся по ним один за другим.

  1. Существование блока информации. Это новая грандиозная идея, которая утверждает, что информация существует и измеряется в фундаментальных единицах единственного типа, не бывает разных типов информации. Masanes & Co называют эту фундаментальную единицу «General Bit» или gbit и утверждают, что любой объект Вселенной может быть закодирован при наличии достаточного количества этих gbit.

    Отсюда значительные последствия. Если существует только один тип информации, то всё во Вселенной должно быть возможно с ее помощью. Или, как выразились Masanes & Co:

    Любой физический процесс можно смоделировать, используя подходящий программный симулятор общего назначения.

    Что, по-простому, значит — реальность не зависит от субстрата. Всегда можно точно воспроизвести любой объект Вселенной, используя какую-то другую её часть.

  2. Нет одновременного кодирования. Что говорит о следующем — если gbit используется для идеального кодирования бита в классическом понимании, то он не может одновременно кодировать любую дополнительную информацию.
  3. Идея о том, что чистое состояние всегда можно заставить эволюционировать в другое чистое состояние непрерывным, обратимым образом.
  4. Томографическая локальность. Когда объект, состоит из многих компонентов, то он может быть полностью описан измеримыми корреляциями между этими отдельными частями.

И это все. Masanes & Co продолжают показывать, что объединение математических формулировок этих идей приводит непосредственно к квантовой механике. Действительно, они показывают, что единственная теория, которая подчиняется им всем — это квантовая механика.

И что важно? Ослабляя некоторые из этих гипотез, проявляются другие физические теории. Например, ослабление условия непрерывности во втором постулате приводит к классической теории вероятностей, которая управляет макроскопическим миром.

Это очень интересная работа с далёкими последствиями. Появился набор физически реалистичных и приемлемых идей, на которых основана квантовая теория. Главной среди них является идея о том, что информация и вычисления каким-то образом формируют основу реальности, идея, которая уже довольно длительное время бродит в умах физиков и фантастов, но никто толком за это не брался.

Проблема с информацией, как фундаментальной единицей заключается в том, что физики никогда не были уверены в том, что об информации можно так думать. Отчасти, это потому, что мы окружены, казалось бы, различными видами информации. Существуют нули и единицы цифрового кода, информация в форме энтропии или как противоположность этому — случайности, генетическая информация и даже то, что мы используем для мышления и коммуникации.

Вопрос в том, как связаны эти различные виды информации? Masanes & Co решают эту головоломку, утверждая, что всё это одно и то-же. Нет никаких других видов информации, только gbits.

В некотором смысле это похоже на то положению, в котором физики оказались 200 лет назад, когда думали об энергии. Они знали, что энергия имеет важное значение, но были перегружены различными формами, которые она может принимать — химическая, тепловая, кинетическая энергия, гравитационный потенциал и так далее.

Осознание того, что все это различные проявления одной и той же фундаментальной вещи, которая решило эту проблему, что привело к закону сохранения энергии и новым фундаментальным открытиям во Вселенной.

Интересно, что Masanes & Co не рассматривают сложный вопрос о том, сохраняется ли информация (или симметрия, которая приводит к закону сохранения).

Это явно что-то для будущего. Любой подающий надежды физик‑теоретик, у которого есть время, мог бы найти этот путь развития поучительный.

Источник: Existence of an information unit as a postulate of quantum theory (Существование единицы информационной как постулат квантовой теории).


Требуется регистрация для доступа к контенту. Регистрация, если Вы уже зарегистрированы — подключитесь

CC BY-NC 4.0 Квантовая механика является следствием новой революционной теории информации, опубликовано К ВВ, лицензия — Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International.


Респект и уважуха

Добавить комментарий