Квант - Джим Аль-Халили

Не знаю, как вы, но я могу справиться только с существованием вероятности обнаружения живого или мертвого кота. Я могу списать это на свое невежество и притвориться, что в этом нет ничего ужаснее незнания, какой подарок получил на Рождество, пока не распакуешь его. Более того, возможно, я даже готов забыть о том, что кот на некоторое время оказывается и живым, и мертвым одновременно, и не скатиться в бессмысленные метафизические размышления. Но что же делать с третьим вариантом – с возможностью обнаружить кота в неловком положении, когда он пребывает и в живом, и в мертвом состоянии одновременно, на что так очевидно указывает квантовый формализм? Квантовые постулаты обходят эту дилемму, утверждая, что допустимы лишь «разумные» результаты измерений. Само собой, все это говорится на соответствующем жаргоне, но факт остается фактом: до недавнего времени никто полностью не понимал, что происходит с этими промежуточными состояниями кота Шрёдингера (как их стали называть).

Даже сегодня многие дискуссии о квантовом измерении не учитывают, что парадокс кота Шрёдингера, возможно, наконец разрешен. Много говорится о том, что моментом «измерения», которое приводит к коллапсу суперпозиции и определенному исходу, является сам факт открытия коробки. Одно время было даже модно рассуждать о том, что измерение требует сознательного, наделенного интеллектом наблюдателя. В конце концов, раз уж никто не знает, где провести границу между квантовым миром волновых функций и суперпозиций и классическим миром определенных исходов при измерениях, может, нам и не стоит проводить эту границу без особой необходимости? Так как даже измерительный аппарат (детектор, экран, кот) представляет собой лишь набор атомов и должен вести себя, как любая другая квантовая система, пускай и очень большая, то отступать от квантового описания нам приходится лишь в одном случае – когда оно регистрируется нашим сознательным разумом. (Да, я знаю, что кот тоже обладает сознанием, но приверженцы этого подхода утверждали, что у него нет докторской степени, а следовательно, на роль наблюдателя он не подходит!) До сих пор существует относительно распространенная точка зрения, что, так как мы не до конца понимаем квантовую механику и не понимаем происхождение сознания, они должны быть связаны.

Меня всегда удивляло, сколько людей придерживалось этой точки зрения. Одно из основных положений квантовой механики заключается в том, что результаты измерений определяются не только характеристиками изучаемой квантовой системы, но и самим актом проведения измерений. Многие также идут дальше и утверждают, что говорить о квантовой системе, не упоминая при этом измерительный прибор, вообще не имеет смысла. Но проведение границы между измеряемым и измеряющим на уровне человеческого сознания равносильно тому, что философы называют солипсизмом – идеей, что наблюдатель находится в центре вселенной, а все остальное представляет собой лишь плод его воображения.

В этом отношении сообщение волонтера о том, что он чувствовал, находясь в коробке перед открытием крышки, не представляет важности. Важно лишь то, что для вас – тех, кто находится за пределами коробки, – он остается в квантовой суперпозиции, пока вы сами не поднимете крышку, а ваше сознание не заставит волновую функцию схлопнуться и принять лишь одно значение.

Не говори, какой счет

Недавно мы с братом болтали о квантовой механике и футболе (о чем еще говорить?), и он продемонстрировал то чувство, которое, должно быть, знакомо многим из нас и очень похоже на роль наблюдателя в квантовой механике. Видите ли, мы оба всю жизнь болеем за «Лидс Юнайтед»[37], и брат частенько задумывался, что, если он запишет матч «Лидса» на видео, а затем сядет смотреть его, не зная счета, для него исход матча будет еще не решен. Но если мы доведем стандартную интерпретацию квантовой механики до логического завершения, то получится, что дело не в его незнании финального счета, ведь информация «доступна» и известна миллионам людей. Для него суперпозиция всех возможных результатов схлопывается только в тот момент, когда он досмотрел матч до конца и увидел единственный измеренный им исход – итоговый счет на экране.

Однако, пока он не позвонит мне, чтобы сказать счет, полагая, будто я его еще не знаю, для меня мой брат будет пребывать в суперпозиции обладания знанием о всех возможных результатах. Услышав от него новости, я, в свою очередь, проведу измерение его квантового состояния и заставлю суперпозицию всевозможных счастливых и печальных версий брата схлопнуться в одну.

Я пишу это, и у меня в ушах снова звучат слова Джули. Но тут мне пришлось бы с ней согласиться – это действительно «просто бред»! Я предпочитаю думать, что есть некая «объективная реальность», которая существует вне зависимости от того, наблюдаю ли я. Вот более серьезный пример: ядро радиоактивного урана, похороненное в земле, испустит альфа-частицу, которая может оставить видимый след дефектов кристалла в скале. Неважно, когда мы посмотрим на эту скалу – сегодня, через сотню лет или никогда. След будет там. Что, если скала находится на Марсе и никогда не видывала наделенного сознанием наблюдателя? Находится ли она в неопределенном состоянии, одновременно имея на себе след и не имея его? Очевидно, измерения каким-то образом должны происходить всегда, и сознательные наблюдатели, будь они в белых халатах или без них, не могут влиять на их исход. Правильно будет сказать, что измерение считается произошедшим в момент регистрации «события» или «явления». При желании мы сможем понять это позже.

Простая оптическая иллюзия грубо демонстрирует, как факт измерения влияет на квантовую систему. Внимательно посмотрев на один из белых кругов, вы заметите черные точки, которые появляются и исчезают в некоторых из окружающих его кругов. Но стоит вам тотчас перевести взгляд на одну из этих черных точек, как круг снова станет белым и останется таковым под вашим наблюдением. Вам не удастся поймать черную точку с поличным. Естественно, секрет этого фокуса не имеет ничего общего с квантовой механикой, но мне кажется, что аналогия довольно хороша.

Это утверждение может показаться таким логичным и очевидным, что вам простительно недоумевать, как квантовые физики вообще могут быть настолько глупыми, чтобы придерживаться противоположных взглядов. Но не забывайте, если мы что-то и узнали о квантовой механике, так это то, что поиск рациональных объяснений в ней абсолютно бесполезен. О проблемах квантового измерения размышляли многие великие умы – и большинство их выводов не стоит отрицать столь поспешно.

За прошедшие годы я не раз обсуждал все это со своим коллегой, физиком-теоретиком Рэем Макинтошем. Мы не всегда и не во