Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

После многих ошибок, поворотов не туда и долгих месяцев, проведенных в самых дальних уголках на северо-востоке амазонской сельвы, Вернер наконец наткнулся на небольшую прогалину в роще тропических деревьев. В ней, почти невидимая глазу, была спрятана деревня из 20 хижин. Несколько голых детей бегали по ней, пиная ногами какой-то круглый плод. Вернер улыбнулся: «Даже здесь играют в футбол». Понимая, что местные жители быстро его заметят, он огляделся в поисках укрытия. Наконец Вернер забрался на росшее неподалеку дерево, расстелил свой спальный мешок на широкой ветке и убедился, что рядом с ним не притаилась анаконда или еще какой-нибудь неприятный сосед – с него было достаточно и назойливых мошек. Пищи и воды ему должно было хватить на три дня.

Вернер достал бинокль и блокнот и начал свои наблюдения. Как и в других племенах, женщины проводили большую часть времени в деревне за плетением корзин, уходом за огородами и воспитанием детей. Мужчины и мальчики делали оружие и занимались охотой и рыболовством. Вся деревня действовала как единый организм, в котором каждый был чем-то занят. Люди постоянно сновали туда-сюда. Старейшина и его жена сидели в тени самой большой хижины и молча наблюдали за работой. «Вполне возможно, что все эти люди – одна семья или клан», – подумал Вернер. Он с восторгом осознал, что никто до него не наблюдал за жизнью этого племени в ее первозданном виде: «У них есть все, что может им понадобиться. Лес снабжает их всем необходимым. Невозможно провести границу между человеческой деревней и лесом – они находятся в полном слиянии друг с другом».

Мальчишка, на вид лет пяти, упал и сильно поцарапал ногу. Жена старейшины тут же поспешила к нему и втерла ему в рану немного мази. Мальчик улыбнулся и побежал играть дальше. Судя по всему, боли он больше не чувствовал. «Эта женщина, очевидно, врач племени, – записал Вернер в блокнот. – Нужно узнать, что за травы она использует в качестве анестетика».

Вечером, после того как мужчины и подростки вернулись с охоты, все племя собралось вокруг костра в центре деревни. Старейшина рассказывал им что-то, вероятно предания о давно ушедших днях, а в конце каждого его предложения все племя хором пело какую-то мантру, восхваляя подвиги своих далеких предков.

Когда все племя разошлось по хижинам, Вернер тоже начал готовиться ко сну. «Какая невероятная удача, – прошептал он. – Эти идиоты дома умрут от зависти!» Он чувствовал себя самым счастливым человеком на Земле. Вернер уже почти заснул, когда кто-то встряхнул его за плечи. Его обнаружили! Трое сильных мужчин стащили его с дерева и поволокли в палатку старейшины. Вокруг стояли крики, а жители деревни показывали на него пальцами. Вернера раздели догола и внимательно осмотрели его одежду и тело. Теперь не он изучал их, а они его! «Если я выживу, то сделаю все возможное, чтобы защитить эту деревню», – подумал Вернер. К его удивлению, жена старейшины поднесла ему чашу с горячим напитком и жестами предложила выпить его. Вернер сделал так, как ему было велено, и через несколько минут уже крепко спал.

Когда он проснулся, солнце уже было высоко. Местные жители соорудили для него хижину рядом с жилищем старейшин, ожидая, что он поселится в деревне вместе с ними. Вернер был в восторге. «Итак, я жив. Значит, я могу продолжать наблюдения», – решил он. Но через некоторое время он заметил, что жизнь в клане полностью изменилась. Он стал центром существования как для взрослых, так и для детей. Малыши ходили за ним по пятам, дергали его за бороду и предлагали поиграть вместе с ними с импровизированным мячом. Молодые женщины смотрели на него со страстью, размышляя, каково это – заняться любовью с белокожим мужчиной. Воины все время были начеку, каждую минуту ожидая от него нападения. «Они больше не такие, как прежде, и никогда не будут, – с грустью понял Вернер. – Мое присутствие изменило их поведение, и пути назад нет. Я уничтожил их представления о мире и дал им другие, которые навсегда останутся с ними». Но изменился и сам Вернер. Он уже не был уверен, что хочет домой.

Я рассказал вам историю Вернера, чтобы проиллюстрировать разницу между классическим и квантовым подходом к измерениям. До того, как племя обнаружило Вернера, он обладал «первозданной» информацией о его жизни, то есть факты, которыми он располагал, не были затронуты его присутствием. Это идеальная ситуация для наблюдателя, при которой он не влияет на объект наблюдения и между ними сохраняется дистанция. Наше восприятие реальности в значительной степени зависит от таких наблюдений, учитывая, что мы осознаем присутствие лишь крупных объектов, для которых квантовые эффекты, судя по всему, не имеют большого значения. Мы видим книги, сложенные на столе, машины, проезжающие по улице, мух, жужжащих вокруг нас, и наше наблюдение не влияет на их поведение. Разумеется, если вы сделаете движение в сторону машин или мух, они отреагируют соответствующим образом, но сейчас речь не об этом. Это классическое приближение, мир сенсорного восприятия, в котором квантовые эффекты себя не проявляют. Как мы увидим далее, изучая реалистичность такого приближения (даже если мы считаем ее самой собой разумеющейся, раз приближение строится на том, как мы воспринимаем мир), можно многое узнать о природе квантовой физики.

Вторая часть истории, в которой племя уже знает о присутствии Вернера, является иллюстрацией к пространству квантовых эффектов, в котором акт наблюдения влияет как на наблюдаемый объект, так и на наблюдателя и изменяет их необратимым образом. Ни племя, ни сам Вернер уже не были прежними после того, как его обнаружили. Вернер стал частью племени, а племя – частью Вернера. Они превратились в неразрывное целое. Знание о существовании друг друга повлияло на их истории, и ни Вернер, ни жители деревни уже не могли вернуться к независимому состоянию, которое предшествовало их знакомству. Они «запутались» друг в друге – именно этот термин в 1935 году предложил Шрёдингер для обозначения одной из основных характеристик квантовых систем.

Давайте быстро повторим пройденное. За первые 25 лет ХХ века наши познания о физическом мире достигли небывалых высот благодаря теориям относительности Эйнштейна и квантовой механике Гейзенберга, Шрёдингера и их коллег.

Необычность квантовой механики никак не связана с ее эффективностью как физической теории. В принципе, это самое точное описание Природы, которым мы располагаем на сегодняшний день, включающее в себя мельчайшие свойства материалов, молекул, атомов и субатомных частиц. Трудность заключается в интерпретации, то есть в понимании того, что на самом деле происходит в квантовом мире. Мы уже видели, как объекты малого размера могут вести себя то как частицы, то как волны в зависимости от условий эксперимента, которому они подвергаются. Мы знаем, что такое дуалистичное поведение объясняется внутренней недетерминированностью природы, выраженной в принципе неопределенности Гейзенберга. Нам известно, что с учетом этого принципа мы не можем разделять наблюдателя и наблюдаемое, так как сам факт наблюдения влияет на его предмет – и не просто влияет, а, что очень важно, определяет его. Иными словами, если квантовая механика верна, а у нас нет указаний на обратное, наблюдатель определяет физическую природу наблюдаемого. Электрон – это не частица и не волна. Он становится частицей или волной в зависимости от метода наблюдения. При проведении опытов на коллайдере электрон ведет себя как частица, а при прохождении через две узкие прорези создает интерференционный узор как волна. В квантовом мире любое явление – это всего лишь вероятность, лотерея, результат которой зависит от того, кто (или что) вращает барабан.