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

значит, кот будет одновременно и мертв, и жив. И это, по мнению Шрёдингера, было серьезной проблемой: может, атомы и могут находиться в двух местах сразу, но кот точно может быть либо дохлым, либо живым. Мы убедимся в его состоянии в тот же миг, как откроем крышку, а значит, логично заключить, что и до ее открытия кот должен был находиться в том же состоянии.

Многие из современников Шрёдингера оспаривали его аргументацию именно в этом пункте. Некоторые заявляли, что до открытия крышки кот находится в состоянии «и жив, и мертв» и, только заглядывая внутрь ящика, мы каким-то образом переводим его в состояние жизни или смерти. Другие считали, что, пока мы не открыли ящик, говорить о том, что происходит внутри него, вообще бессмысленно, так как внутренность закрытого ящика по определению ненаблюдаема, а только наблюдаемые и измеримые вещи имеют смысл. Для них говорить о ненаблюдаемых вещах было так же бесполезно, как спорить о том, издает ли треск падающее в лесу дерево, если нет никого, кто этот треск мог бы услышать.

Но эти аргументы Шрёдингера не убедили и не успокоили. Он считал, что его коллеги упускали из виду одну вещь: квантовой физике недостает важной составляющей, которая связала бы ее с обычным миром. Каким образом фантастическое количество атомов, управляемых законами квантовой физики, порождает мир, который мы видим вокруг? Что на самом фундаментальном уровне является реальностью и как эта реальность обнаруживается?

В этом споре оппоненты Шрёдингера победили. От его вопросов о том, что же в действительности происходит в квантовом мире, они попросту отмахнулись, и физика продолжала двигаться вперед.

* * *

Шрёдингер оказался в меньшинстве, но все же он не был одинок. Альберт Эйнштейн тоже хотел понять, что происходит в мире квантов. Он спорил о природе квантовой физики и реальности с Нильсом Бором, великим датским физиком. Спор Эйнштейна с Бором вошел в историю физики. Обычно говорят, что его выиграл Бор, что сомнения Эйнштейна и Шрёдингера оказались беспочвенными и что проблемы реальности в квантовой физике не существует потому, что реальность – это вовсе не то, о чем следует думать в первую очередь.

И все же нет сомнений в том, что квантовая физика сообщает нам нечто о реальном мире. Иначе как она могла бы вообще работать, описывать действительность? Было бы крайне трудно объяснить ее огромные успехи, если бы она не имела никакого отношения к реальному миру. Даже если считать, что любая теория – это всего лишь модель, это все-таки модель чего-то реального, а если она работает, то это модель хорошая. Должно быть нечто, заставляющее предсказания квантовой физики неизменно выполняться с феноменально высокой точностью.

Понять, что именно рассказывает нам квантовая физика о мире, оказалось нелегко. Отчасти это связано с необыкновенной странностью ее теории. Чем бы ни был квантовый мир, он нисколько не похож ни на что знакомое нам. Противоречивая природа квантовых объектов – атомы, которые одновременно находятся и здесь, и там, излучение, которое и испускается, и остается скрытым в своем источнике, – это далеко не единственный диковинный аспект квантовой теории. Есть еще мгновенные связи между находящимися на большом расстоянии объектами: связи тонкие, бесполезные для целей прямой передачи информации, но неожиданно весьма ценные для задач, связанных с вычислениями и кодированием. А верхнего предела размеров объектов, на которые распространяются законы квантовой физики, нащупать никак не удается! Чуть ли не каждый месяц физики-экспериментаторы придумывают всё новые хитроумные устройства, в которых странные квантовые явления обнаруживаются в объектах все большего и большего масштаба. Тем серьезнее выглядит вопрос о том, почему эти странные явления никак не наблюдаются нами в повседневной жизни.

Странные квантовые явления и их отсутствие в обычном мире не единственная и даже не самая большая загадка, которую надо разгадать, чтобы расшифровать заключенное в квантовой физике послание. Ни один физик не сомневается: квантовая физика работает. И тем не менее уже девяносто лет, с тех самых пор, как появилась эта теория, о ее значении ожесточенно спорят. В этом споре позиция большинства физиков, включая, видимо, и Бора, заключается в том, что они настойчиво отрицают существование самого предмета спора. Ученые заявляют, что, несмотря на феноменальный успех теории, сама постановка вопроса о том, что происходит в мире квантов, в некотором смысле неприемлема и ненаучна. Эта теория, по их мнению, не нуждается в интерпретации: то, что она описывает, не является истинной реальностью. И действительно, странность квантовых явлений заставила некоторых выдающихся физиков прямо утверждать: да, ничего не поделаешь, квантовая физика доказала, что микроскопические объекты просто не существуют в том смысле, в котором существуют объекты нашего повседневного мира[1]. Следовательно, говорят они, в квантовой физике невозможно говорить о реальности. В реальном мире нет, да и не может быть ничего, что соответствовало бы этой теории.

Популярность такого подхода к квантовой физике удивительна. Физика описывает окружающий нас мир. Ее цель – выявить фундаментальные составляющие Вселенной и законы их взаимодействия. Многих физиков привело в науку именно желание понять основные, глубинные свойства природы, увидеть, из чего складывается ее удивительная мозаика. Но как только дело касается квантовой физики, большинство физиков тут же категорически отказываются от каких-либо объяснений; вместо этого они, как выразился Дэвид Мермин, требуют просто «заткнуться и вычислять»[2].

Еще удивительнее то, что этот преобладающий подход снова и снова доказывает свою несостоятельность. Вопреки устоявшемуся среди физиков мнению, в историческом споре с Бором явное преимущество осталось за Эйнштейном – он убедительно показал, что в самой основе квантовой физики имеются глубокие противоречия, требующие разрешения. И просто отбросить вопрос о реальности как «ненаучный», как делали некоторые оппоненты Шрёдингера, – позиция неубедительная и основанная на устаревшей философии. Среди глухого к этому вопросу большинства находились-таки «возмутители спокойствия», которые разработали альтернативные подходы к квантовой физике. Они сумели растолковать, что происходит в этом мире, нисколько не жертвуя точностью теоретического описания.

Такие альтернативы показывают: идея о том, что в квантовой физике не может существовать понятия реальности, ложна. И все-таки большинство физиков по-прежнему в той или иной форме придерживаются этой идеи. Ее по-прежнему преподают в школах, популяризаторы рассказывают о ней публике. Даже когда вспоминают об альтернативных подходах, о них вспоминают именно как об альтернативах тому, что считается верным по умолчанию, невзирая на то что как раз это умолчание оказывается совершенно неплодотворным. Таким образом, спустя почти столетие после появления квантовой теории, после того, как она полностью изменила мир и жизнь каждого человека на Земле – как в лучшую, так и в худшую сторону, – после всего этого мы все еще не знаем, что именно эта теория говорит нам