Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Этого слова никто не искал; на него наткнулись случайно.

В те мгновения, когда на Луну никто не смотрит, она отдыхает. Калабаш намеревался опустить взгляд, но замешкался на мгновение и мельком увидел слово, начертанное в пейзаже тенями, листьями и облаками на горизонте. Этого слова никто не видел раньше и никто не видел потом, но тогда, в то мгновение, Калабаш мог прочитать его так же ясно, как если бы оно было написано на бумажной странице. Он не хотел этого знания и выкрикнул слово вглубь леса, чтобы избавиться от него. Но слово не исчезло: вместо этого оно рассеялось среди трав и деревьев, зверей, воды и птиц в небе. И Вериана, разговаривая с деревьями, и с бабочками, и с ползучими змеями, и с пузырями на воде, медленно и методично собрала слово воедино. А когда она завершила этот труд, она не знала ответов, но знала, где их нужно искать.

Термодинамика ввела в оборот идею разделения системы (того объекта, который мы изучаем) и среды (всего остального). Нигде этот принцип не играет такой важной роли, как в квантовой механике. В ней система – скажем кусок вещества – ведет себя в соответствии с уравнением Шрёдингера, из которого следует, что со временем частицы становятся все более запутанными. Что касается среды, можно сказать, что она «измеряет» систему в том смысле, что она взаимодействует и запутывается с ней. В этом и состояла исходно идея запутывания, изложенная Шрёдингером в письме к Эйнштейну: он представлял себе экспериментальный детектор, который приобретает запутанность с изучаемой квантовой системой, то есть судьбы детектора и системы переплетаются. Когда мы проверяем, в какой руке находится шарик, – то есть производим измерение, – мы получаем определенный результат, несмотря на все предыдущие квантовые странности; когда среда измеряет систему, это, по-видимому, приводит к сходному состоянию определенности. Связанную с этим утрату квантовой странности называют декогеренцией.

Если человек говорит когерентно (то есть связно), значит, он говорит нечто разумное. Разумеется, волшебники часто ведут себя прямо противоположным образом – бормочут себе под нос нечто некогерентное (бессвязное), сосредоточившись на своих возвышенных материях. В квантовой механике у когерентности есть строгое определение, но в нем сохраняется это интуитивное представление. По сути, если квантовая система когерентна, это означает, что она обладает свойственными ей магическими способностями. С другой стороны, постоянное взаимодействие между системой и окружающей ее средой приводит к декогеренции. Принято считать, что именно так из квантового мира возникает наша срединная область; именно поэтому в повседневной жизни нас не преследуют квантовые странности, и вы, вернувшись домой после долгого дня колдовской работы и поставив свой посох у двери рядом с зонтиками, можете быть уверены, что он не туннелирует сквозь стену и не окажется в башне соседнего волшебника. То есть считается, что Луна есть, даже когда на нее никто не смотрит, но вовсе не по очевидным причинам.

Однако с этим связана одна проблема. На самом деле декогеренция не уничтожает квантовые эффекты, а лишь рассеивает их. Строго говоря, среда не может измерять систему, потому что и сама среда является квантовой системой. Что бы мы ни выбрали в качестве системы, со временем эта система подвергается декогеренции с окружающей ее средой. Ее квантовая информация распространяется вовне, как распространяется по паутине вибрация попавшейся в нее мухи. Но, подобно тому слову, которое выкрикнул в лес мистер Калабаш, эта информация никогда по-настоящему не исчезает: ее лишь становится трудно собрать воедино. Эта ситуация очень похожа на то, что происходит в термодинамике: хотя в целом энергия сохраняется, она может не сохраняться в конкретной системе. С течением времени размах колебаний часов гипнотизера становится все меньше: энергия колебаний передается среде в виде вибрации и тепла. Это обстоятельство может быть бесполезно для нас, но оно существует. Квантовая информация, как и энергия, сохраняется и никогда по-настоящему не исчезает.