Всё страньше и страньше. Как теория относительности, рок-н-ролл и научная фантастика определили XX век - Джон Хиггс

История квантовой физики – это хроника безуспешных попыток подобрать точную метафору для реальности. Мой пример с Путиным и кенгуру может показаться нарочито вычурным, зато это довольно здравая аналогия по сравнению с некоторыми другими объяснениями квантовых принципов. Самая знаменитая из этих диковатых метафор – кот Шрёдингера.

Это мысленный эксперимент, придуманный австрийским физиком Эрвином Шрёдингером в 1935 году. Он замышлялся как попытка методом reductio ad absurdum[41] подчеркнуть неустранимую парадоксальность доминирующих интерпретаций квантовой физики. Однако квантовая физика невосприимчива к наскокам reductio ad absurdum, поскольку они обычно оказываются точнее разумных объяснений.

Представьте, говорит Шрёдингер, кота, сидящего в закрытом ящике. Этот ящик оснащен устройством, которое в определенный момент может убить (или не убить) кота.

С какой стати Шрёдингер решил, что добавить в уравнение убийство животного – удачная идея, непонятно. Само то, что он увидел в этом уместную аналогию, в какой-то степени дает понять, насколько отчаянно ученые старались отыскать верные образы субатомных миров. А может, Шрёдингер просто больше любил собак. Но оставим в стороне психологический портрет физика. Вернемся к коту, которого нам не видно. Ящик заперт, и мы не можем знать, жив кот или мертв. Состояние кота в этот момент таково, что он настолько же мертв, насколько жив. Единственный способ узнать, что с котом, – открыть ящик и посмотреть. Вот так, поясняет автор мысленного эксперимента, и устроен квантовый мир.

Этот мысленный эксперимент не смог обеспечить человечество популярной метафорой субатомного мира, потому что обычный человек интуитивно понимает, что кот в ящике всегда будет либо живым, либо мертвым, пусть мы и не знаем, что с ним, пока не заглянем. Шрёдингер же пытается внушить нам мысль, что кот жив и мертв одновременно. Это неразрешимое противоречие называется суперпозиция. Принцип суперпозиции описывает существование частицы одновременно во всех теоретически возможных состояниях – так же как твиттер содержит все разнообразные и противоречивые воззрения на бой Путина с кенгуру, пока читатель не заглянет и не вынудит все эти потенциальные взгляды сколлапсировать во что-то определенное и юридически надежное.

Кошек, что одновременно живы и мертвы, трудно представить даже заядлому читателю Стивена Кинга, так что опыт Шрёдингера неудачен в корне. Он пытается описать нечто трудновообразимое, рассказывая о том, что и вовсе вообразить невозможно. Пожалуй, неудивительно, с такими-то примерами, что квантовая механика прославилась своей непостижимостью.

Метафоры и их влияние на наше мышление – это проблема, над которой в 1920-х задумался польский инженер и философ Альфред Коржибски. Его интересовало, в какой степени наше понимание мира окрашено структурой языка, например присутствием своенравного глагола «быть». В грамматике языков типа английского абсолютно правомерны высказывания, в которых один предмет «есть» другой предмет. Мы, например, не задумываясь скажем «Бертран Рассел есть интеллектуал», когда на деле описываем ситуацию «Бертран Рассел кажется мне интеллектуалом». Применяя глагол «есть», мы проецируем во внешний мир свои идеи, подозрения и предубеждения, заставляя себя думать, будто они – часть окружающей реальности.

Эта способность позволяет нам забываться перед киноэкраном и видеть в вымышленных героях реальных людей, а не актеров, говорящих чужой текст. Но, как упорно подчеркивает Коржибски, карта – это не то же самое, что местность. Эту же мысль демонстрирует бельгийский художник-сюрреалист Рене Магритт в своей картине 1929 года «Вероломство образов», на которой мы видим курительную трубку, а под ней надпись Ceci n’est pas une pipe («Это не трубка»). Поначалу картина ставит зрителя в тупик, но потом до него доходит, что картина есть не настоящая курительная трубка, а лишь ее изображение: в этот момент смысл послания становится очевиден.

Проблема разграничения метафоры и реальности, карты и местности, в квантовой физике особенно остра. Концепция множественных вселенных впервые привиделась «после стаканчика-другого шерри» американскому физику Хью Эверетту III в 1954 году. Эверетт искал новых интерпретаций господствующего понимания квантовой механики и родил изумительную догадку. Что, если кот не жив и мертв в одно и то же время, подумал Эверетт, а жив в нашей вселенной, но мертв в какой-то совершенно иной? И если существует бессчетное множество параллельных вселенных, то все, что могло бы произойти, происходит. Каждая квантовая суперпозиция – это список возможных вариантов событий для других вселенных. Акт наблюдения квантовых событий не заставляет облако потенциальных сценариев сгуститься в одно событие, а просто напоминает нам, в какой вселенной мы находимся.

Первая реакция на идею Эверетта была негативной. Физики склонны полагаться на бритву Оккама – принцип, согласно которому из нескольких возможных объяснений наиболее вероятно самое простое. Вселенная – предмет огромных размеров; взять и сотворить ее из пустоты, чтобы прояснить ситуацию с живым мертвым котом, – это лихой поворот. И поскольку теория Эверетта предполагала существование невероятного числа вселенных, ее приняли крайне скептически.

В 1959 году Эверетт попытался объяснить свою теорию великому физику Нильсу Бору, но их встреча не оказалась плодотворной. Позже коллега Бора Леон Розенфельд напишет: «Что до Эверетта, то нас с Бором он просто вывел из себя, когда приехал к нам в Копенгаген двенадцать с лишним лет назад продавать свои безнадежно ошибочные теории, развивать которые его так неблагоразумно побуждал Уилер. Он оказался непроходимо глуп и не понимал даже простейших начал квантовой механики».

Огорченный Эверетт оставил теоретическую физику и до конца жизни занимался оборонной аналитикой. Он умер в 1982 году, скоропостижно, в возрасте 51 года. Пепел Эверетта, согласно завещанию, высыпали в мусорное ведро.

Хотя в конце его жизни наука заинтересовалась идеями Эверетта, он не успел увидеть, насколько серьезно они воспринимаются сейчас. Сегодня немало физиков считают многомировую интерпретацию, как теперь называют теорию Эверетта, лучшим описанием реальности, в которой мы пребываем. По мнению оксфордского физика Дэвида Дойча, «квантовая теория параллельных вселенных – это не какая-то надуманная заумная интерпретация, полученная путем таинственных теоретических выкладок. Это объяснение – единственно убедительное – некоторой удивительной контринтуитивной реальности».

Позицию Дойча разделяют не все. Единого мнения о многомировой интерпретации – точное ли это описание реальности или смехотворная ахинея – у науки пока нет. Сегодня мы не можем сколько-нибудь уверенно рассудить, существуют ли параллельные вселенные, или Дойч с Эвереттом просто запутались в метафорах, приняв карту за территорию.

Одним из самых удивительных открытий об атоме оказалось то, что он по большей части пуст. Точнее говоря, 99,9999999999999 % атома – ничто. Если представить атом размером с лондонский собор Святого Павла, то ядро его будет размером с мяч для крикета, а обращающиеся вокруг него электроны станут мухами, носящимися в абсолютном пустом соборе. Кроме мяча и мух