В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Только в 1930-х годах философы включили следствия этих идей в концепцию причинной зависимости – идеи, в соответствии с которой любое событие обусловлено другим конкретным событием, – и загадку предсказания будущего. Тем временем, хотя принцип неопределенности был выведен из фундаментальных уравнений квантовой механики, ряд влиятельных экспертов стал преподавать квантовую теорию, начиная с принципа неопределенности. Возможно, наиболее значительное влияние на эту тенденцию оказал Вольфганг Паули. Он написал крупную энциклопедическую статью о квантовой теории, которая начиналась с объяснения принципа неопределенности, и посоветовал своему коллеге Герману Вейлю точно так же начать свое пособие «Теория групп и квантовая механика». Эта книга была впервые опубликована на немецком в 1928 году, а на английском (издательством Methuen

) – в 1931-м. Статья Паули вместе с этой книгой задали тон целому поколению стандартных текстов. Некоторые из учившихся по этим текстам студентов и сами стали профессорами, применяя тот же стиль преподавания к последующим поколениям. В результате студенты университетов и сегодня чаще всего знакомятся с квантовой теорией через соотношения неопределенности[45]

.

Это особенный эпизод в истории. В итоге основные уравнения квантовой теории ведут к соотношениям неопределенности, однако если начать с неопределенности, то получить эти основные квантовые уравнения невозможно. Хуже того – единственным способом ввести неопределенность без уравнений является использование примеров вроде микроскопа на гамма-лучах для наблюдения за электронами, и это сразу же заставляет людей думать, что суть неопределенности состоит в экспериментальных ограничениях, а не в фундаментальной истине о природе Вселенной. Необходимо понять одно, затем вернуться, чтобы выучить еще что-то, а затем снова пойти вперед, чтобы выяснить, что именно вы поняли в первый раз. Наука не всегда логична, как и ее преподаватели. В результате появились поколения запутавшихся студентов и отсутствие понимания принципа неопределенности – у вас этого недопонимания нет, поскольку вы поняли, как обстоит дело в действительности. Однако, если сильно не пугаться научных сложностей и пожелать погрузиться с головой в странность квантового мира, имеет смысл начать исследование этого мира с такого ошеломляющего примера его особенной природы. В оставшейся части книги принцип неопределенности будет наименее

странным из того, с чем придется столкнуться.

Копенгагенская интерпретация

Важным аспектом принципа неопределенности, который не всегда получает заслуженное внимание, является то, что он не работает одинаково в обоих временных направлениях. В физике направление времени имеет значение лишь в исключительно редких случаях, и одной из фундаментальных загадок Вселенной, в которой мы живем, является то, что действительно должна существовать определенная «стрела времени» – разделение между прошлым и будущим. Принцип неопределенности показывает, что мы не можем одновременно узнать импульс и положение, и поэтому не можем предсказать будущее – будущее является изначально непредсказуемым и неопределенным. Однако законы квантовой механики позволяют провести эксперимент, из которого можно рассчитать и определить, каким импульсом и положением обладал электрон, скажем, некоторое время назад. Будущее изначально неопределенно – мы точно не знаем, куда движемся, – однако прошлое вполне известно, и мы точно знаем, откуда пришли. Перефразируя Гейзенберга: «В принципе, мы можем знать прошлое во всех деталях». Это в точности соответствует нашему повседневному опыту: время в сущности движется от известного прошлого к неопределенному будущему, и это самое фундаментальное свойство квантового мира. Это можно связать со стрелой времени, пронизывающей всю Вселенную, но более удивительные следствия этого свойства мы обсудим позже.