В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

У нас нет возможности узнать результат эксперимента, пока мы не откроем коробку и не заглянем внутрь; радиоактивный распад происходит случайно и является непредсказуемым - предсказать его возможно только статистически. Согласно строгой Копенгагенской интерпретации, как и в эксперименте с двумя прорезями, где есть равная вероятность того, что электрон пройдет через каждую из них и две накладывающиеся друг на друга реальности создают суперпозицию состояний, в этом случае равные вероятности радиоактивного распада и его отсутствия также должны создать суперпозицию состояний. Весь эксперимент - кот и все остальное - подчиняется закону о том, что суперпозиция «реальна», пока мы не смотрим на эксперимент, и что волновая функция редуцируется до одного из двух состояний только в момент наблюдения. Пока мы не заглянем внутрь, радиоактивный образец одновременно и подвергся распаду, и не подвергся, стеклянный сосуд с ядом одновременно и разбился, и не разбился, а кот и умер, и остался жив, не будучи ни жив, ни мертв при этом.

Одно дело представить себе элементарную частицу вроде электрона, сказав, что она находится не здесь и не там, а в некоторой суперпозиции состояний, и совсем другое - представить в таком подвешенном состоянии что-то знакомое, например кота. Шрёдингер разработал этот эксперимент, чтобы выявить изъян в строгой Копенгагенской интерпретации, ведь кот явно не может быть и жив, и мертв в одно и то же время. Но разве это более «очевидно», чем тот «факт», что электрон не может быть одновременно и волной, и частицей? Уже признано, что здравый смысл - никудышный проводник по квантовой теории. В квантовом мире, как мы знаем наверняка, нельзя доверять здравому смыслу и нужно верить только тому, что можно увидеть или недвусмысленно определить имеющимися в нашем распоряжении инструментами. Мы не знаем, что происходит в ящике, пока не заглянем внутрь.

Споры о коте в ящике не утихают и по сей день. Одна научная школа полагает, что проблемы нет, так как кот вполне может сам решить, жив он или мертв, и сознания кота достаточно, чтобы запустить редукцию волновой функции. В этом случае где провести черту? Будет ли муравей понимать, что происходит? А бактерия? Двигаясь в другом направлении, раз уж это исключительно мысленный эксперимент, мы можем представить волонтера-человека, который занимает в ящике место кота (этого волонтера иногда называют «другом Вигнера» по фамилии физика Юджина Вигнера, который много раздумывал о вариациях эксперимента с котом в ящике и который по совпадению был шурином Дирака). Человек в ящике явно является компетентным наблюдателем, обладающим квантово-механической способностью к редукции волновых функций. Когда мы открываем ящик, полагая, что нам повезло и волонтер до сих пор жив, мы можем быть уверены, что тот не сообщит нам ни о каких мистических переживаниях, а просто скажет, что источник радиации не испустил ни одной частицы за отведенное время. И все же для нас, находящихся за стенками ящика, единственным верным способом описать условия внутри него, пока мы не заглянем внутрь, является суперпозиция состояний.

Цепочка бесконечна. Представьте, что мы заранее объявили об эксперименте заинтригованному миру, но чтобы избежать вмешательства прессы, провели его за закрытыми дверями. Даже после того как мы открыли ящик и либо поприветствовали друга, либо вытащили наружу его труп, репортеры по другую сторону двери не знают, что происходит внутри. Для них все здание, в котором расположена лаборатория, находится в суперпозиции состояний. И так далее до бесконечности.

Рис. 9.21. Диаграмма Фейнмана (пространственно-временная) истинного взаимодействия нескольких частиц, обнаруженных на фотографии из пузырьковой камеры и описанных Фритьофом Капрой в «Дао физики».

р

р

Рис. 9.22. Единичный протон может быть задействован в целой сети виртуальных взаимодействий, подобных этому, из книги «Мир элементарных частиц» К. Форда, Blaisdell, Нью-Йорк, 1963. Такие взаимодействия происходят постоянно. Ни одна частица не является такой одинокой, как кажется на первый взгляд.