Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью - Адам Беккер

оказалась не такой уж необычной. Об этом Шрёдингер тоже написал Эйнштейну и в том же году опубликовал на эту тему несколько работ. Эту связь он назвал «запутанностью»[136].

Запутанность, как обнаружил Шрёдингер, присутствует в квантовой физике повсеместно. Когда сталкиваются две субатомные частицы, они почти всегда становятся запутанными. Когда группа объектов образует объект большего масштаба, например субатомные частицы в атоме или атомы в молекуле, они становятся запутанными. По сути, почти любые взаимодействия между частицами приводят к их запутыванию и объединению их волновых функций в одну, как это происходит с частицами в мысленном эксперименте ЭПР.

Наблюдения Шрёдингера, показавшие, что запутанность проявляется в квантовой физике повсюду, только углубили трудности копенгагенской интерпретации. К любой запутанной системе можно было приложить эйнштейновскую дилемму: либо эта система нелокальна, либо квантовая физика не может полно описать все ее параметры. А Шрёдингер только что показал, что почти любое квантовое взаимодействие дает в результате запутанную систему. Получалось, что выбор, который ставили авторы ЭПР, не ограничивался каким-то одним уголком квантовой физики – он был глубоко укоренен в фундаментальной структуре квантовой теории.

Но и опасения Эйнштейна, что вопрос о выборе между нелокальностью и неполнотой в статье ЭПР оказался «задушен», увы, подтвердились. В письме к Эйнштейну Шрёдингер дал волю своему раздражению тем, как плохо другие физики улавливали смысл ситуации: «Это вроде того, как один говорит: “Ну и холодно же в Чикаго”, а другой отвечает: “Да бросьте, во Флориде настоящее пекло”»[137]. Эйнштейн и сам получал множество писем от физиков, которые с пеной у рта защищали копенгагенскую интерпретацию, указывая ему, в чем именно заключается ошибка в статье ЭПР. Правда, как он со смехом рассказывал, ошибка в каждом из этих писем указывалась не такая, как в предыдущем[138]! Многим казалось, что аргументы ЭПР, как и все претензии Эйнштейна к квантовой теории, базировались на представлении о работающей «как часы»[139] детерминированной Вселенной, Вселенной ньютоновской физики. Возможно, их всех сбивало с толку знаменитое восклицание Эйнштейна насчет бога, не играющего в кости. Но на деле вопросы, над которыми размышлял Эйнштейн, имели мало общего – если вообще имели что-то общее – с детерминизмом. Они касались проблем локальности и физической реальности, которая существует независимо от того, наблюдает ли ее кто-нибудь. Квантовая физика, говорил Эйнштейн, «избегает таких понятий, как реальность и причина»[140]. По его мнению, Бор сбил физику с правильного пути. В ответном письме к Шрёдингеру Эйнштейн назвал Бора «талмудическим философом, который за “реальность” гроша ломаного не даст – он считает ее идолом, которому поклоняются наивные люди»[141].

Все же в глазах большинства современных физиков озабоченность Эйнштейна была в лучшем случае надуманной и не имеющей реального основания, а в худшем – просто бестолковой. Английский физик Чарлз Дарвин (названный так в честь своего прославленного деда) сказал: «Один из моих основных принципов – не придавать значения деталям философии физики»[142]. Дарвин, как и многие физики, работавшие на переднем крае квантовых исследований, когда-то был студентом Бора, а вот с Эйнштейном не работал почти никто. Поэтому в схватке между этими гигантами по вопросам квантовой философии большинство физиков были склонны следовать «воскресной проповеди Бора»[143], как выразился физик Альфред Ланде. Сами-то они прилежно занимались собственными исследованиями вполне насущных практических вопросов квантовой физики. В конце концов, квантовая механика прекрасно работает, так о чем беспокоиться? Новая теория позволяла физикам с неслыханной точностью вычислять и предсказывать огромное количество явлений, большинство из которых имело очень мало или не имело вообще ничего общего с таинственной запутанностью. Разгадки требовали совсем другие тайны, относящиеся к области экспериментальных исследований, в частности темные и полные огромных энергий глубины атомного ядра. Менее чем через четыре года после публикации статьи ЭПР эти тайны были раскрыты – и мир охватила война.

4

Копенгаген на Манхэттене

Зимой 1955 года Вернер Гейзенберг читал курс лекций в университете Сент-Эндрюс в Шотландии. Холодная война была в разгаре; на протяжении предыдущего десятилетия Гейзенберг успел превратиться из непонятно как оказавшегося на территории Британии подданного враждебной державы в уважаемого представителя союзного государства. И все же он не был уверен в безупречности своей репутации среди коллег-физиков. Возможность выступить в Шотландии помогла бы ему эту репутацию укрепить.

Гейзенберг начал со знакомой копенгагенской проповеди. «Идея объективного реального мира, мельчайшие части которого существуют объективно в том же смысле, как камни или деревья[144], независимо от того, наблюдаем мы их, или нет, – сказал Гейзенберг, – невозможна». Каким же тогда образом наш мир камней и деревьев рождается из мира атомов и молекул? «Переход от “возможного” к “действительному” совершается в ходе акта наблюдения», – говорил Гейзенберг. Что же происходит, когда мы не смотрим? Согласно Гейзенбергу, такой вопрос нельзя даже ставить. «Если мы хотим описать, что происходит при атомном событии, мы должны осознавать, что слово “происходит” может применяться только к наблюдению, но не к состоянию между двумя наблюдениями». А как же «проблема измерения»? Что придает наблюдению его особые свойства? Чем бы это ни было, оно относится к области «физического», а не «психического», говорил Гейзенберг. «Переход от “возможного” к “действительному” происходит, как только объект начинает взаимодействовать с измерительным устройством и таким образом с остальным миром; оно не связано с актом регистрации результата в мозгу наблюдателя»[145]. И все же, отвечая на вопрос о том, что составляет «измерительное устройство» и почему оно подчиняется правилам, отличным от правил квантового мира, Гейзенберг был раздражающе неясным. Нигде в своей лекции он не предложил ничего, что помогло бы решить проблему измерения.

С другой стороны, Гейзенберг позаботился и о том, чтобы в своей лекции пролить как можно меньше света на различия между его собственными воззрениями и взглядами Бора. «Начиная с весны 1927 года у нас имеется непротиворечивая интерпретация квантовой теории[146], часто называемая копенгагенской интерпретацией», – заявил он. Но утверждать это было в лучшем случае преувеличением, и уж точно не соответствовало действительности, что выражение «копенгагенская интерпретация» в то время употреблялось «часто». По сути, Гейзенберг сам ввел это название всего несколькими месяцами раньше, в своем эссе, написанном к семидесятилетию Бора. И в этом эссе, и в своей лекции Гейзенберг изобразил копенгагенскую интерпретацию как единую коллективную концепцию, разработанную в 1927 году как самим Бором, так и несколькими другими физиками. Как в эссе, так и в лекции Гейзенберг взял на себя защиту копенгагенской интерпретации от ее противников. «Было много попыток критиковать копенгагенскую интерпретацию и заменить ее другой, более согласующейся с концепциями классической физики или материалистической философии»[147], – рассказывал Гейзенберг шотландской аудитории. Но, заключил он, это было попросту невозможно – этому мешали поразительные