Это всё квантовая физика! Непочтительное руководство по фундаментальной природе всего - Харрис Жереми

Сильнее всех это раздражало Альберта Эйнштейна, титана физики ХХ века (хоть он и женился на двоюродной сестре). От мысли о случайности ему становилось плохо, он не мог с ней мириться. «Нормальность. Надо вернуться к нормальности», – бормотал он, должно быть, себе под нос, натирая шевелюру, мне кажется, воздушным шариком, который принимал за расческу.

Я отнесусь с полным пониманием, если вы сейчас думаете: «Так, а что, собственно, Эйнштейн понимал под нормальностью и кто он вообще такой, чтобы судить, что нормально, а что нет? С чего он взял, что случайность – это плохо? Разве это не просто эстетические предпочтения, взятые с потолка?»

Ну, в принципе да. Но вот в чем неприглядная правда: эстетические предпочтения служили основой для создания всех интерпретаций квантовой механики, которые мы до сих пор разбирали, от вселенского сознания по Госвами до мультивселенной Эверетта. Когда нет никаких надежных данных, которые могли бы подсказать, какая теория верна, а какая нет, люди склонны считать «красоту» теории мерилом ее истинности. Однако красота субъективна: что для одного физика элегантная мультивселенная, для другого – уродливая ересь.

Кто-то считает, что параллельные вселенные симпатичнее спонтанного коллапса, а кто-то – нет. Одни не против теории Бора с ее случайностью и сверхсветовыми эффектами, другим она претит настолько, что они решают создать совершенно новые теории.

И по сей день типичный диспут по квантовой механике сводится к тому, что физики швыряют друг другу в лицо свои произвольные эстетические предпочтения, будто они так же весомы и надежны, как и реальные экспериментальные данные. И пусть их крики и ворчание облечены в научно звучащие слова, суть от этого не меняется: «Моя теория красивее вашей, а кому это не очевидно, тот дуболом!»

Имеющиеся данные даже близко не оправдывают тот уровень доверия, с которым большинство физиков относятся к предпочитаемым теориям: еще никому не удалось ни придумать, ни провести эксперимент, который давал бы разные результаты в зависимости от того, какая картина квантовой механики верна. Но зачем вообще данные, когда знаешь, что прав?

Пока у нас не появится больше данных, квантовая механика останется тестом Роршаха. Когда физики выбирают какой-то один способ смотреть на реальность, заявляют, что он единственно правдоподобный, и громко удивляются, как можно всерьез относиться к другим (а такое происходит постоянно), они тем самым рассказывают гораздо больше о своих эстетических предпочтениях, чем о научных суждениях.

Вот она, современная физика во всем своем тщеславии – убежденная, будто эстетика способна заменить данные и будто лишь горстка избранных вправе решать, что «красиво», а что «безобразно».

Это возвращает нас к Эйнштейну – усатому и лохматому любителю вздремнуть днем, который, как гласят легенды, будучи заядлым курильщиком, подбирал на улице окурки и табаком из них набивал потом свою трубку. Сразу ясно, что у человека тонкий вкус и на его эстетическое чутье можно полагаться, если хочешь понять самую значимую физическую теорию нашего времени. (Справедливости ради отметим, что Эверетт тоже был заядлым курильщиком и страдал от лишнего веса, а Госвами, похоже, никогда не выходит из дома без панамки, какое бы время года ни стояло.)

Только что совершив революцию в теории гравитации, Эйнштейн решил проделать то же самое с квантовой механикой, надеясь восстановить картину вселенной без случайности и сверхсветовых выкрутасов.

И вот он пригладил шариком шевелюру и приступил к работе над новой теорией – оказавшейся тупиковой и едва не перевернувшей всю физику с ног на голову.

Надо копнуть глубже

Эйнштейн понимал, что иногда случайное на самом деле не случайно, а только кажется таким, поскольку мы видим лишь часть общей картины.

Например, теоретически мое имя пишется Jérémie, но большинство бариста из «Старбакса» в моей родной Оттаве с этим категорически не согласны. Когда я протягиваю руку за свежесваренным дольче латте с корицей за двадцать баксов (писательство – ремесло затратное, так что, пожалуйста, не скачивайте пиратскую версию этой книги), на стаканчике черным маркером выведено, как правило, банальное Jeremy. Знаю-знаю, мне приходится нелегко.

Иногда мое имя пишут правильно, но какой вариант мне выпадет в конкретный день – дело случайное и непредсказуемое. Или скорее таким кажется.

На самом деле, едва я слышу акцент бариста, я сразу понимаю, родной ли для него французский язык. Если да, я рассчитываю увидеть на стаканчике французское написание своего имени. Так что акцент бариста – единственная переменная, которая позволяет мне предсказать то, что иначе предсказать бы не получилось.

Однако уловить акцент мне удается не всегда. Иногда бариста далеко и его плохо слышно, а подбираться ближе как-то неловко. В таких случаях «акцентная переменная» от меня скрыта – и я лишаюсь единственной возможности предсказать написание имени на стаканчике. Оно снова кажется мне случайным, но не потому, что действительно случайно, а потому, что я не вижу переменную, которая за него отвечает.

Эйнштейн считал, что квантовые частицы – как мой стакан: может казаться, что они ведут себя случайным образом, но эта случайность – иллюзия. В реальности поведение квантовых частиц полностью детерминировано, однако им управляют скрытые переменные, которых мы не можем увидеть, поскольку они для нас недосягаемы.

Поэтому, согласно картине Эйнштейна, электроны не вращаются одновременно и по часовой стрелке, и против, чтобы коллапсировать в одно случайное состояние, только когда мы их пронаблюдаем. Нет, они вращаются в одном направлении – но определяют это направление скрытые от нас переменные, одна или несколько.

«Скрытые переменные» коренным образом изменили бы для физики исход игры. У нас появился бы совершенно новый слой реальности, который мы могли бы снять – и тогда перед нами снова оказалась бы идеальная предсказуемость. Вселенная теории скрытых переменных была бы на сто процентов детерминистической, совсем как механистическая вселенная Ньютона. Это придало бы физике могущества – мы смогли бы делать предсказания без неопределенностей, которые, как мы когда-то считали, внутренне присущи квантовой механике. Только представьте, какие щедрые гранты на исследования можно было бы получить!

Но Эйнштейну этого было мало. Он хотел иметь не просто предсказуемую теорию скрытых переменных – ему нужна была теория, которая еще и не допускает сверхсветовых эффектов.

Тогда он еще не мог знать, что через много лет после его смерти знаменитый ирландский физик Джон Белл докажет, что виш-лист Эйнштейна был за гранью возможного. По причинам, которые включают в себя формулы с греческими буквами, выяснилось, что теорию скрытых переменных нельзя заставить работать, не задействовав сверхсветовые грязные делишки, вызывавшие у Эйнштейна такое отвращение. Теория бедного старого Эйнштейна была нежизнеспособна с самого начала.

Но почему вообще Эйнштейн настаивал на том, что все эти сверхсветовые выкрутасы надо запретить? Не хочу показаться заезженной пластинкой, но ответ прежний – эстетические предпочтения. Нет никаких фундаментальных причин, по которым в квантовой теории не могут участвовать определенные сверхсветовые взаимодействия, как они участвуют в интерпретации Бора. Просто Эйнштейн считал, что это мерзость[10].

Так что даже Альберт Эйнштейн, нобелевский лауреат, создатель теории относительности и первооткрыватель фотона, умудрился пойти на поводу у своих эстетических прихотей и потратил последние годы своей карьеры на продвижение теории, обреченной на провал. Перефразируя цитату из «Звездного пути», заметим, что «эстетика в пустом мешке идет по цене мешка».

К счастью, другие физики оказались не так придирчивы, как Эйнштейн. Один из них, в частности, готов был мириться со сверхсветовыми фокусами и продвигать идею скрытых переменных.