В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

все слышали о генной инженерии, читали о ее многообещающем будущем и об опасностях, которые она таит. Однако очень немногие осознают, что понимание молекул жизни, которое делает возможным генную инженерию, зависит от нашего современного понимания квантовой механики, без которой мы не были бы способны интерпретировать данные рентгеновской дифрактометрии, не говоря уже обо всем остальном. Чтобы понять, как конструировать или разбирать на фрагменты гены, мы должны понимать, как и почему атомы образуют лишь определенные конфигурации на определенных расстояниях друг от друга и имеют химические связи определенной силы. Это понимание является даром квантовой физики химии и молекулярной биологии.

Я рассказал об этом несколько больше, чем мог бы, исключительно из-за одного члена Университетского колледжа Уэльса. В марте 1983 года в опубликованном в журнале New Scientist отзыве я вскользь упомянул, что «без квантовой теории не было бы ни генной инженерии, ни твердотельных компьютеров, ни атомных электростанций (или бомб)». В ответ на мой отзыв корреспондент из этого уважаемого научного учреждения написал жалобу, заявив, что он сыт по горло тем, что генную инженерию упоминают для красного словца везде, где надо и где не надо, и что Джон Гриббин не имеет права на такие грубые замечания. Какая вообще связь, даже тонкая, может быть между квантовой теорией и генетикой? Надеюсь, в этот раз связь очевидна. На каком-то уровне приятно понимать, что обращение Крика к биофизике было явно спровоцировано Шрёдингером и что работа, которая привела к открытию двойной спирали ДНК, велась под формальным, хоть порой и неохотным, руководством Лоуренса Брэгга. На более глубоком уровне, конечно, становится понятно, что интерес пионеров вроде Брэгга и Шрёдингера, а также следующего поколения физиков, включая Кендрю, Перуца, Уилкинса и Франклин, к биологическим проблемам был обусловлен тем, что проблемы эти, как заметил Шрёдингер, были просто другим типом физики, который занимался огромным количеством атомов в крупных молекулах.

Совершенно не отказываясь от своего замечания в New

Scientist, я готов лучше обосновать его. Если попросить умного и начитанного, но при этом далекого от науки человека перечислить важнейшие достижения науки, которые внесли существенный вклад в нашу жизнь, и предположить, какие возможные выгоды и опасности принесет научный прогресс в ближайшем будущем, он точно включит в список компьютерные технологии (автоматизация, безработица, развлечения, роботы), атомную энергию (бомба, крылатые ракеты, электростанции), генную инженерию (новые лекарства, клонирование, угроза созданных человеком заболеваний, повышение урожайности) и лазеры (голография, лучи смерти, микрохирургия, коммуникации). Вероятно, большая часть опрошенных людей будут знать о теории относительности, не оказывающей влияния на повседневную жизнь, но вряд ли хоть один заметит, что каждое достижение из списка уходит корнями в квантовую механику - направление науки, о котором они, возможно, никогда не слышали и которое наверняка не понимают.

Они не одиноки. Все эти достижения стали возможны благодаря квантовой кулинарии, использующей законы, которые кажутся работоспособными, хотя никто в действительности не понимает, почему они работают. Несмотря на достижения последних восьмидесяти лет, вряд ли хоть кто-то

понимает, почему работают квантовые рецепты. Остаток этой книги посвящен исследованию ряда самых глубоких тайн, которые зачастую так и остаются покрытыми мраком, а также обзору некоторых возможностей и парадоксов.

Часть третья ...И не только

Лучше обсудить вопрос без урегулирования, нежели урегулировать его без обсуждения.

Жозеф Жубер 1754-1824

Глава восьмая Случайность и неопределенность

Сегодня принцип неопределенности Гейзенберга считается одним из главных элементов - а возможно, и самым главным элементом - квантовой теории. Его сразу подхватили коллеги ученого, но своего величия он достиг лишь спустя почти десять лет. С 1930-х годов, однако, его величие, вероятно, слегка переоценивается.

Идея родилась после посещения Шрёдингером Копенгагена в сентябре 1926 года, когда он, как известно, заявил Бору о «проклятых квантовых скачках». Гейзенберг понял, что главной причиной, по которой Бор и Шрёдингер порой казались настоящими болванами, заключалась в конфликте концепций. Идеи вроде «положения» и «скорости» (или «спина», который появился позже) просто имели различное значение в мире микрофизики и в обычном мире. Так что они значили, и как можно объединить эти два мира? Гейзенберг вернулся к фундаментальному уравнению квантовой механики:

qp - pq = h/i ,