В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Еще в 1927 году, впервые представив миру то, что впоследствии стало известно под названием Копенгагенской интерпретации, Бор подчеркнул различия между описанием мира с позиции чистой взаимосвязи пространства-времени и абсолютной причинности и квантовой картиной, где наблюдатель взаимодействует с наблюдаемой системой и сам является ее частью. Координаты в пространстве-времени представляют собой положение, причинность нуждается в том, чтобы точно знать, куда движутся объекты, – по сути, знать их импульс. Классические теории полагают, что можно знать и то и другое одновременно, но квантовая механика показывает, что точность координат пространства-времени должна искупаться неопределенностью импульса, а следовательно, причинности. Общая теория относительности в этом смысле является классической теорией и не может быть признана равной квантовой механике в качестве фундаментального объяснения Вселенной. Если и когда мы сталкиваемся с конфликтом между ними, за лучшим описанием мира, в котором мы живем, необходимо обращаться именно к квантовой теории.

Но каков мир, в котором мы живем? Бор предположил, что сама идея уникального «мира» может быть ошибочной, и предложил другое объяснение эксперимента с двумя прорезями. Даже в этом простом эксперименте, само собой, существует множество путей, по которым электрон или фотон могут проследовать при движении через любую из двух прорезей. Но для простоты давайте представим, что существует только два варианта, что частица проходит либо через прорезь А, либо через прорезь В. Бор предположил, что мы можем думать, что каждая вероятность представляет собой разный мир. Наш мир – это гибрид двух возможных миров, соответствующих двум путям частицы, и каждый из этих миров интерферирует с другим. Когда мы решаем посмотреть, через какую из прорезей проходит частица, остается только один мир, поскольку другую возможность мы устраняем, и в этом случае интерференции не возникает. Бор получил из квантовых уравнений не просто электроны-призраки, а целые призрачные реальности, призрачные миры,

которые существуют только тогда, когда мы не наблюдаем за ними. Представьте, что этот простой пример будет усложнен таким образом, чтобы вмещать в себя не только два мира, образованных экспериментом с двумя прорезями, а гигантский массив призрачных реальностей, соответствующих всему гигантскому числу путей, которыми может «пойти» по Вселенной любая квантовая система: каждой возможной волновой функции для каждой возможной частицы; каждому допустимому значению чисел q Дирака. Добавьте к этому тот удивительный факт, что электрон возле прорези А знает, открыта или закрыта прорезь В, и в принципе знает квантовое состояние целой Вселенной, – и станет понятно, почему Копенгагенскую интерпретацию так ожесточенно критиковали некоторые эксперты, понимавшие ее самые глубинные следствия, в то время как другие эксперты, хоть и будучи обеспокоенными из-за этих следствий, находили интерпретацию убедительной, а простые смертные, не заботясь о глубинных следствиях, с радостью продолжали использовать квантовые рецепты, редуцируя волновые функции и делая все необходимое, чтобы изменять мир, в котором мы живем.

Глава девятая

Парадоксы и возможности

Все нападки на Копенгагенскую интерпретацию только усиливали ее позиции. Когда ученые калибра Эйнштейна пытаются найти уязвимости в теории, в то время как сторонники теории могут найти ответ на все аргументы атакующих, теория становится все сильнее. Копенгагенская интерпретация, несомненно, «верна», поскольку она работает, и любая другая трактовка квантовых законов должна включать в себя Копенгагенскую интерпретацию в качестве рабочего объяснения, которое позволяет экспериментаторам предсказывать результаты их опытов – хотя бы статистически, – а инженерам создавать рабочие лазерные системы, компьютеры и так далее. Нет смысла вдаваться в детали всей работы, которая привела в результате к опровержению всех контраргументов Копенгагенской интерпретации, – с этим уже прекрасно справились другие. Однако важнее всего, вероятно, заметить ремарку Гейзенберга, которую он сделал в 1958 году в своей книге «Физика и философия». Все контраргументы, как подчеркнул Гейзенберг, «вынуждают принести в жертву неотъемлемую симметрию квантовой теории (например, симметрию волн и частиц или положения и скорости). Таким образом, можно предположить, что нельзя избежать Копенгагенской интерпретации, если эти свойства симметрии… являются истинными свойствами природы, и все проведенные до настоящего времени эксперименты поддерживают такой взгляд на вещи» (с. 128).