Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

Ключевой вопрос заключается не в том, порождает ли сознание Вселенную (эту точку зрения очень трудно научно обосновать), а в том, что происходит со Вселенной после зарождения сознания. Разумеется, от него можно отмахнуться, поверив вслед за Коперником, что во вселенском масштабе нами можно пренебречь, что мы – звездная пыль и в звездную пыль возвратимся. На это я могу ответить вам вот что: позиция Коперника строится на изначально неверном посыле. Неважно, представляем ли мы интерес для Вселенной (правильный ответ – нет). Важно лишь то, как мы вписываемся в нее после осознания своей уникальности как разумных существ. Эту позицию в своей книге A Tear at the Edge of the Universe я называю гуманоцентризмом. Если кратко, мы имеем значение, потому что такие, как мы, встречаются редко. Даже если в космосе есть другие существа, обладающие «сознанием», мы – уникальный эксперимент эволюции.

Какое отношение это имеет к основаниям квантовой физики и природе реальности? Начнем с того, что все, что мы знаем о реальности, проходит через наш мозг. Когда мы разрабатываем эксперимент, чтобы определить, является электрон частицей или волной, «мы» означает человеческий мозг и его способность к мышлению. Детекторы – это продолжения наших органов чувств, фиксирующие события, которые мы затем расшифровываем с помощью внимательного рационального анализа. Мы не вступаем в прямой контакт с электронами, атомами или иными объектами квантового мира. Все, что у нас есть, – это вспышки, щелчки, звонки, линии и потоки данных, которые мы пытаемся интерпретировать. Микромир четко показывает нам, насколько ограничены наши описания реальности. Вот только кроме них у нас ничего нет. Поэтому они на очень глубоком уровне отражают нашу человеческую суть, пути нашего стремления к знаниям и границы, за которые мы не можем зайти. Мы существа, ищущие смысла, и наука – это один из плодов нашего вечного стремления к пониманию реальности.

Несмотря на то что я много лет использовал квантовую механику в своих исследованиях, а также преподавал ее и теорию квантовых полей в университете, когда я взялся за изучение литературы о различных ее интерпретациях, меня заполнило ощущение потери. Неужели реальность может быть настолько туманной? Самым печальным было то, что у этого вопроса отсутствовал простой ответ, общепризнанный выход из ситуации. При расчете квантовых вероятностей мы все совершаем одни и те же действия, но при этом взгляды на то, как квантовая механика сочетается с реальностью, сильно расходятся. Возможно, правильного ответа вообще не существует, а есть лишь разные способы посмотреть на вопрос. Как мы увидим дальше, сложность состоит в том, что некоторые странные квантовые эффекты заставляют нас пересмотреть собственное отношение к Вселенной. Может ли быть такое, что мы и Вселенная – не отдельные сущности, а единое целое? Лишь тот, кого совершенно не привлекает интеллектуальный поиск, может оставаться равнодушным к очарованию квантового мира, к манящим тайнам, в которые погружено наше существование, навсегда заключенное в пределы Острова знаний. И лишь тот, кто равнодушен, не чувствует смеси ужаса и восхищения от того, что суть реальности непознаваема.

В 1935 году Эйнштейн совместно с Борисом Подольским и Натаном Розеном (далее мы будем сокращать эту троицу до ЭПР) опубликовал работу, в которой попытался указать на абсурдность квантовой механики. Вся суть работы отражена в ее заголовке: «Можно ли считать полным объяснение физической реальности, данное квантовой механикой?»[130] У авторов не возникало никаких сомнений в верности самой теории: «Правильность теории определяется степенью соответствия между теоретическими заключениями и человеческим опытом. Опыт, который сам по себе позволяет нам делать выводы о реальности, в физике принимает форму измерений и экспериментов». Проблема, по их мнению, состояла в полноте квантового описания мира. Поэтому они предложили рабочий критерий для определения элементов воспринимаемой нами физической реальности – те физические величины, которые могут быть предсказаны с точностью (то есть с вероятностью, равной единице) без вмешательства в систему. Соответственно, должна существовать такая физическая реальность, которая совершенно не зависит от наших измерений. Например, ваш рост и вес – это элементы физической реальности, так как они могут быть точно измерены (с учетом погрешности измерительных приборов). В принципе, они также могут быть измерены одновременно без влияния друг на друга. Когда кто-то измеряет ваш рост, вы не прибавляете в весе и не худеете. В мире, которым управляют квантовые эффекты, такое четкое разделение невозможно для определенных важных пар значений, что отражается в принципе неопределенности Гейзенберга. ЭПР отказывались это терпеть.

Мы уже знаем, что отношение неопределенностей мешает нам одновременно узнать местоположение и скорость (точнее, механический момент) частицы. Это верно и для многих других пар «несовместимых» значений. Энергия и время также несовместимы, и между ними имеется такое же отношение неопределенностей, как между положением в пространстве и моментом. Еще одним примером является спин частицы – квантовое свойство, которое мы ассоциируем со своего рода внутренним вращением и визуализируем (пусть и не совсем верно) как обращение частицы вокруг своей оси. Квантовые частицы со спином похожи на вращающихся дервишей, только они никогда не останавливаются. Кроме того, вращение всегда происходит с одной и той же угловой скоростью, но при этом разные частицы могут иметь разные спины. Разнонаправленные спины (например, вращение слева направо или сверху вниз) несовместимы – мы не можем измерить их одновременно. В классической физике таких ограничений не существует, так как большинство значений совместимы друг с другом.[131]

Если значения совместимы, вы можете получить их одновременно без каких-либо ограничений. В квантовой физике при несовместимости значений применяется принцип неопределенности, поэтому информация, которую мы можем получить о них обоих одновременно, ограниченна. Если мы знаем скорость частицы, но также хотим вычислить ее местоположение, измерение такого местоположения заставит ее переместиться в определенную точку, «сжимая» ее волновую функцию. Иными словами, измерение активно влияет на частицу и изменяет ее первоначальное состояние. Более того, о первоначальном местоположении вообще нельзя говорить, так как до начала измерения существовали лишь вероятности присутствия частицы тут или там.