Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

В последнее время я раздумываю о возможностях экспериментального поиска признаков отклонения от обычных законов квантовой механики с помощью атомных часов. В основе любых атомных часов лежит изобретенное ныне покойным Норманом Рамзеем устройство, которое позволяет настраивать частоту микроволнового или оптического излучения на известное значение собственной частоты колебания атома, находящегося в суперпозиции двух состояний с разными уровнями энергии. Эта собственная частота равна отношению разности энергий двух состояний атома, используемого в атомных часах, к постоянной Планка. Собственная частота не зависит от внешних условий, поэтому ее можно использовать в качестве эталонной, подобно тому как цилиндр из платиново-иридиевого сплава, хранящийся в Севре[106], служит эталоном массы.

Подстройка частоты электромагнитной волны к этому эталонному значению немного похожа на подстройку частоты одного метронома к частоте другого. Если вы запустите два метронома вместе и их удары будут совпадать даже после тысячи повторений, вы сможете утверждать, что их частоты равны по крайней мере с точностью до одной тысячной. Квантово-механические расчеты показывают, что в атомных часах подстройка должна быть выполнена с точностью до 10–17, и такой точности действительно удается достичь. Но если бы поправки к квантово-механическим законам, которые описываются новыми членами уравнения Линдблада (представленные в энергетических единицах), были порядка 10–17 от разности энергий между состояниями атома в часах, то эта точность была бы потеряна[107]

. Таким образом, величина новых членов должна быть намного меньше.

Насколько существенным является это ограничение? К сожалению, идеи о модификации квантовой механики представляют собой лишь смутные гипотезы, и мы пока не имеем ни малейшего представления, насколько велики могут оказаться поправки к квантово-механическим законам. Если принять во внимание не только эту проблему, но будущее квантовой механики в целом, то, на мой взгляд, здесь будет уместно процитировать Виолу из «Двенадцатой ночи»:

О время, здесь нужна твоя рука:

Мне не распутать этого клубка![108]

После публикации этой статьи Боб Сильверс предложил мне написать короткий ответ на множество комментариев, присланных в Review

или непосредственно мне. Письмо, текст которого приводится ниже, было опубликовано в Review 6 апреля 2017 г.

Моя статья «Проблема квантовой механики» вызвала поток комментариев. Некоторые из них пришли от людей, не имеющих отношения к науке, которые были очарованы тем, что иногда физики могут не соглашаться друг с другом. Здесь есть место только для краткого обзора нескольких комментариев от физиков, предложивших аргументы в пользу тех интерпретаций квантовой механики, которые избавляют от необходимости модифицировать теорию. Увы, эти интерпретации отличаются друг от друга, но ни одна не кажется мне достаточно удовлетворительной.

Н. Дэвид Мермин из Корнеллского университета, используя характерную риторику, выступил за то, что я (но не он) назвал бы инструментальным подходом. С его точки зрения, наука имеет непосредственное отношение к связи между совокупным опытом каждого человека и внешним миром, который формирует этот опыт. Я ответил, что надеюсь на появление физической теории, которая позволит нам выяснить, что происходит в процессе измерений, с помощью объективных, применимых ко всему законов, не придавая людям особый статус в этих законах, и предположил, что наши разногласия связаны только с тем, что Мермин считает, будто я слишком сильно надеюсь на это. Он согласился, понимая, что эти надежды мои, а не его.

Томас Бэнкс из Ратгерского университета в нашей переписке и в черновике своей новой книги, напротив, описал свои изящные попытки избежать привнесения фактора человеческих измерений в законы природы. Он описывает измерение как взаимодействие системы, в которой проводится измерение, с макроскопической системой, где вероятности проявляются практически как в классической физике. Однако в этом случае все еще необходимо внести в законы природы предположения об этих вероятностях, которые я могу трактовать только как вероятности результатов измерения, получающихся, когда люди решат, какую величину измерять.