Парадоксы квантовой механики и их интерпретации.

Исчезнове́ние информа́ции в чёрной дыре́ — явление, которое должно происходить в чёрной дыре, если она действительно подчиняется термодинамическому описанию, предложенному Стивеном Хокингом. Это явление, однако, несовместимо с общими принципами квантовой механики и потому представляет собой серьёзнейшую проблему, стоящую перед квантовой гравитацией.

Суть проблемы

Согласно общей теории относительности, черная дыра проявляет себя только одним свойством - интенсивностью гравитационного поля, зависящей от массы звезды, которая коллапсировала в данную черную дыру Это означает, что если черная дыра поглощает какой-то материальный объект (не обладающий электрическим зарядом и моментом импульса), то все его свойства, кроме массы, полностью исчезают в черной дыре, единственное изменение которой при этом состоит в том, что она увеличивает интенсивность своего гравитационного поля пропорционально поглощенной массе. Это противоречит законам квантовой механики, согласно которым квантовые числа объектов (такие как барионный и лептонный заряды) должны сохраняться. К примеру, если одна черная дыра поглощает некоторое количество вещества (с нулевым электрическим зарядом и нулевым моментом импульса), а другая черная дыра, обладающая такой же интенсивностью гравитационного поля, поглощает такое же количество антивещества (также с нулевым электрическим зарядом и нулевым моментом импульса), то различить их невозможно ником образом, хотя вещество и антивещество имеют противоположные барионный и лептонный заряды.

Тем не менее, это еще не является проблемой, пока мы остаемся в рамках общей теории относительности. Проблемы начинаются тогда, когда мы учитываем квантовое излучение черных дыр, открытое английским физиком-теоретиком Стивеном Хокингом в 1973 году. Согласно Хокингу, виртуальные частицы вакуума могут резонировать на сфере Шварцщильда и расходиться в разные стороны на любое расстояние, вплоть до бесконечного. При этом одна из частиц уходит во внешнее пространство черной дыры и выходит из сферы ее тяготения, а другая частица ускоряется в сторону сингулярности. В результате черная дыра теряет массу, испаряется до тех пор, пока полностью не исчезнет из нашей Вселенной. Такое испарение тем более интенсивно, чем меньше масса черной дыры. В случае полного испарения черной дыры мы получаем нарушение законов сохранения квантовых чисел (поскольку парные значения этих чисел исчезают вместе с черной дырой). Получается, что черная дыра уничтожила информацию. Прежде всего, информацию о свойствах звезды, которая коллапсировала в данную черную дыру. Но что еще более интересно - информацию о свойствах объектов, которых поглотила данная черная дыра.

Ква́нтовое бессме́ртие — мысленный эксперимент, вытекающий из мысленного эксперимента с квантовым самоубийством и утверждающий, что согласно многомировой интерпретацииквантовой механики существа, имеющие способность к самосознанию, бессмертны.

Эксперимент проходит так. Человек садится перед ружьем, которое направлено в его голову. Это необычное ружье; оно подсоединено к механизму, который измеряет спин квантовой частицы. Каждый раз, когда дергают спусковой механизм, измеряется спин квантовой частицы, или кварка. В зависимости от результата измерения оружие либо выстреливает, либо нет. Если квантовая частица при измерении имела спин, вращающийся по часовой стрелке, оружие выстреливает. Если кварк двигался против часовой стрелки, выстрела не будет. Тогда произойдет только щелчок.

Нервничая, человек вздыхает и дергает спусковой механизм. Оружие лишь щелкает. Он тянет спусковой механизм снова. Щелкает. И снова щелкает. Человек продолжает нажимать спусковой механизм снова и снова с тем же самым результатом: оружие не выстреливает. Хотя все функционирует должным образом и ружье заряжено, независимо от того, сколько раз участник эксперимента активирует спусковой механизм, оружие никогда его не ранит. Этот процесс будет продолжаться вечно, а результат — повторяться сколько угодно раз.

Возвратитесь на время к началу эксперимента. Человек нажимает на спусковой механизм в первый раз, и измерение показывает, что кварк вращается по часовой стрелке. Огонь от выстрела. Человек мертв.

Но подождите! Человек уже тянул спусковой механизм первый раз, и бесконечное количество раз после того! И мы уже знаем, что оружие не стреляло. Как человек может быть мертв? Человек не осознает, но он одновременно жив и мертв. Каждый раз, когда он нажимает на спусковой механизм, вселенная дробится на две. Она продолжает разделяться снова и снова каждый раз, когда активируют спусковой механизм.

Этот мысленный эксперимент называется квантовым суицидом. Он был впервые изложен теоретиком из Принстонского Университета Максом Тегмарком в 1997. Ученый утверждает, что экспериментатор, играющий в русскую рулетку при помощи квантового револьвера, будет всегда оставаться жив. В то же время сторонний наблюдатель с высокой вероятностью зарегистрирует смерть экспериментатора.

Квантовый эффект Зенона (Квантовый парадокс Зенона) — метрологический парадокс квантовой механики, заключающийся в том, что время распада метастабильного квантового состояния некоторой системы с дискретным энергетическим спектром прямо зависит от частоты событий измерения её состояния. В предельном случае нестабильная частица в условиях частого наблюдения за ней никогда не может распасться.