Квантовый ум. Грань между физикой и психологией

Физики рассуждали, что электроны, проходящие через две щели, должны быть волнами материи. Нильс Бор называл их волнами вероятности. Гейзенберг говорил, что волны вероятности нельзя измерить или увидеть, можно видеть только волноподобное изображение квантовых объектов на экране после их прохождения через две щели. Поэтому мы не можем называть электроны или другие квантовые объекты волнами материи – или вообще любыми волнами, – поскольку мы не можем видеть, что происходит, когда электроны находятся в полете. Самое большее, можно говорить, что эти результаты могли бы быть вызваны волнами. Непокорный Шредингер говорил, что независимо от того, можно ли в действительности видеть волны, все равно возможно использовать основные формулы для видимого движения воды и звука для описания невидимого электрона.

Полученное уравнение для всех видов квантовых объектов было названо волновым уравнением, хотя никому и никогда не удавалось увидеть сами волны. Физики используют волновые уравнения потому, что математика столь хорошо соответствует картине, получающейся на экране. Математика согласуется со следами, которые электроны оставляют на экране, и была очень полезной для демонстрации паттернов всех других квантовых объектов в разнообразных условиях. Иными словами, как бы мы ни называли эту область физики – волновой механикой, квантовой механикой или квантовой физикой, – она достигла больших успехов в описании паттернов субатомных частиц.

Волновое уравнение не отвечает на интересующий многих вопрос о фундаментальной реальности квантовых объектов. Что они собой представляют после того, как они вылетают из пушки, и до того, как они появляются на экране? Некоторые физики до сих пор думают, что материя – это своего рода вибрационный или волновой паттерн, в то время как другие придерживаются более общепринятой концепции частиц. Однако почти все соглашаются с тем, что материя состоит из квантовых объектов, которые, в зависимости от проводимых с ними экспериментов, проявляют волноподобные или корпускулярные свойства. То, какой аспект материи проявляется – волна или частица, – зависит от решения наблюдателя (то есть того, кто использует одну или две щели). Мы должны помнить, что и волна, и частица представляют собой описания невидимого мира, принадлежащие к общепринятой реальности. Оба описания вместе взятые считаются дополнительными; для приближения к измеримым качествам и количествам материи необходимы оба термина ОР.

От физики к математике

Для символического описания основных усредненных паттернов, возникающих при взаимодействии между квантовыми объектами, вроде электронов, и наблюдателем, физики используют математику. Получающаяся математическая формула представляет собой общую модель того, что происходит в любом данном событии, связывающем наблюдателя и наблюдаемое. Мы уже встречались с этим понятием в начале нашего путешествия, когда обнаружили, что числа представляют собой описание взаимодействия между тем, кто считает, и тем, что он считает.

Допустим, что электроны оставили на экране другой узор. Вместо периодического волноподобного изображения они оставили паттерн наподобие того, что показан ниже.

Рис. 14.4. Треугольный паттерн, приближенно описываемый треугольником

Если бы узор на экране был треугольным, мы бы называли этот паттерн треугольником, поскольку треугольник приближенно описывает принцип распределения точек. Вместо волновой механики у нас была бы треугольная механика. Тогда уравнения, которые бы мы использовали в квантовой физике, описывали треугольники, а не волны, даже если бы физики никогда не видели треугольник, летящий в воздухе.

Некоторых физиков, включая Бора, расстраивала невидимость волнового уравнения. Они предостерегали коллег-физиков: «Будьте осмотрительны друзья, выбросьте из головы эти образы волн. Математика описывает только изображения, которые мы видим на экране, и не говорит ничего определенного о самих электронах, когда они находятся в полете. Нельзя обсуждать то, что невозможно проверить. Если вы не можете исследовать объект в полете, не называйте его никак». Поскольку электрон всегда находится в полете, что в точности мы подразумеваем термином «электрон», остается великой тайной.

Сновидения и частицы

Корпускулярно-волновое описание материи, наблюдаемой в общепринятой реальности, и ее загадочная непознаваемая природа вне ОР не столь чужды нашему пониманию, как мы могли бы поначалу подумать. Психологи хорошо знают эту проблему; они должны часто встречаться с парадоксальными переживаниями, сущность которых неизвестна.