Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Планк мог еще принять квантованность испускания света, необходимую для объяснения его закона излучения, но предположение о том, что свет в принципе квантован (то есть разбит на частицеподобные порции) было настолько чуждо общепринятым представлениям о свете как электромагнитной волне, что Планк уперся. Только через шесть лет, на конференции в Бельгии – на ставшем знаменитым Сольвеевском конгрессе, Эйнштейн смог наконец убедить Планка в том, что от классической картины света придется отказаться, а кванты – или, иначе, фотоны – реальны.

Эйнштейн также был первым, кто использовал тот факт, который позже он сам отверг в своем знаменитом афоризме, высмеивающем вероятностную суть квантовой механики и реальности: «Бог не играет в кости со Вселенной». Эйнштейн показал, что если атомы спонтанно (то есть

без непосредственной причины) поглощают и испускают конечные порции излучения, когда электроны в них прыгают между дискретными энергетическими уровнями, то из этого можно вывести планковский закон излучения.

Эйнштейн начал квантовую революцию, но по иронии судьбы сам к ней так и не присоединился. Забавно, но при этом он был, возможно, первым, кто использовал вероятностные рассуждения для описания природы вещества – стратегию, которую последующие физики, превратившие квантовую механику в полноценную теорию, помещают на передний план. В результате Эйнштейн одним из первых физиков продемонстрировал, что Бог все же играет в кости со Вселенной.

Продолжая эту аналогию чуть дальше, заметим, что Эйнштейн одним из первых физиков продемонстрировал, что классическое представление о причинности в квантовом царстве начинает сбоить. Многие возражают против моего предположения о том, что Вселенная не нуждалась в причине и просто возникла из ничего. Но ведь именно это происходит со светом, которым вы пользуетесь при чтении этой страницы. Электроны в нагретых атомах испускают фотоны – фотоны, которых не существовало до момента, когда они были испущены; фотоны испускаются спонтанно и без конкретной причины. Почему же мы привыкли, по крайней мере в какой-то степени, к идее о том, что из ничего без причины могут возникать фотоны, но не признаём, что то же самое может случаться с целыми вселенными?

Осознание того, что электромагнитные волны одновременно представляют собой частицы, послужило началом квантовой революции, изменившей все наши взгляды на природу. Быть частицей и волной в одно и то же время в классике невозможно – это должно быть очевидно из рассказанного в данной главе, – но это возможно в квантовом мире. Должно быть очевидно также, что это было только начало.

Вселенная причудливее выдумки

Итак, не оставляйте упования вашего, которому предстоит великое воздаяние.

Евр. 10:35

Народная мудрость гласит, что физики обожают изобретать безумную эзотерику для объяснения окружающего нас мира – либо потому, что нам делать больше нечего, либо потому, что мы испорчены от природы. Однако, как показывает открытие квантового мира, чаще бывает наоборот: это природа тащит нас, ученых, прочь от знакомых безопасных знаний, а мы брыкаемся и вопим изо всех сил.

Тем не менее сказать, что пионерам, начавшим толкать нас вперед, в квантовый мир, недоставало смелости, было бы глубочайшей неправдой. Путешествие, в которое они пускались, было беспрецедентным, и никто не мог указать им дорогу. Мир, в который они входили, бросал вызов здравому смыслу и классической логике, в нем на каждом шагу требовалась готовность к внезапной смене правил игры.

Представьте себе, что вы едете в другую страну, где все жители говорят на незнакомом языке, а законы не основываются на опыте, сколько-нибудь сравнимым с опытом, полученным вами на протяжении жизни. Более того, представьте, что дорожные знаки там спрятаны и к тому же могут меняться от места к месту. Если вам удастся все это представить, вы сможете отчасти понять, куда направлялись бунтари, перевернувшие наши представления о природе в первой половине XX века.

Аналогия между исследованием странных и новых квантовых миров и путешествием по незнакомой местности может показаться натянутой, но именно такие взаимоотношения того и другого нашли себе параллель в жизни не кого иного, как Вернера Гейзенберга, одного из основателей квантовой механики, вспомнившего однажды летний вечер 1925 г. на острове Гельголанд, чудесном оазисе в Северном море, где он вдруг понял, что открыл теорию: