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

ними какие-либо различия – даже если копенгагенская окажется противоречивой, все равно не имеет значения, какую альтернативу ей принимать и принимать ли какую-то вообще. Но это просто неверно. Если мы хотим выйти за пределы существующей теории и разработать новую, найти новые физические принципы и объяснить новые экспериментальные результаты, наша интерпретация имеет значение. Спросите двух физиков – того, кто занимается теорией волны-пилота, и того, кто разрабатывает вариант многомировой теории, – какую более общую теорию они рассчитывают найти за пределами квантовой физики, – и увы, несомненно, получите два совершенно разных ответа. Ричард Фейнман указывал, что, хотя не существует экспериментального способа найти различие между двумя математически эквивалентными теориями (например, между двумя различными интерпретациями одного и того же математического аппарата), для ваших представлений о мире выбор той или иной теории играет огромную роль. Этот выбор, в свою очередь, повлияет на новые теории и новые идеи, которые будут у нас появляться[709]. Например, астроном XVI века Тихо Браге придерживался теории, в соответствии с которой Земля была центром Вселенной, Солнце и Луна обращались вокруг Земли, а остальные планеты обращались вокруг Солнца. Эта теория была математически эквивалентна гелиоцентрический модели Коперника – обе теории предсказывали движения небесных светил совершенно одинаково, но идея о том, что Земля не является центром Вселенной, привела к появлению абсолютно новых представлений об устройстве мира. Подобным же образом мы можем разработать интерпретацию квантовой физики, в которой волновые функции управляются невидимыми единорогами – они подчиняются закону образования и движения стад, выражающемуся уравнением Шрёдингера. Но (как я надеюсь) мы согласимся, что эта идея существенно уступает любой другой интерпретации. Экспериментальные результаты не единственный вид материала, на основе которого образуются и оцениваются научные теории, да он и не может быть единственным. Полное содержание нашей теории – не только ее математический аппарат, но и представления о природе явлений, сочетающиеся с этим аппаратом, – вот что важно для существования науки.

Во введении я уже говорил, что мировоззрение, которое дают нам наши лучшие научные теории, пробивает себе дорогу в общественное сознание и формирует наш взгляд на самих себя и на наше место в мире. Это произошло с копенгагенской интерпретацией – но этот же процесс в конечном счете приводит и к появлению чепухи вроде квантового целительства. (Нет никакого сомнения, что, если бы копенгагенской интерпретации не существовало, Чопра и его братия переврали бы любую другую и нашли бы способ завернуть свои чудодейственные средства в не менее яркую упаковку на ее основе. Злоупотребление достижениями науки, паразитирование на них – вещь неизбежная. Копенгагенская идея просто выглядит для этого идеально подходящей.) В прошлом новая физика открывала необозримые горизонты для человеческого воображения, новые пути размышлений о нашем существовании, приносила новые идеи в таких с виду несопоставимых областях, как биология и искусство, геология и религия. Если бы Коперник не сдвинул Землю с ее центрального места во Вселенной, трудно было бы представить себе и Дарвина – неужели у него хватило бы смелости предположить, что люди не чудесные уникальные творения, а потомки обезьян? А не будь прозрений Коперника и Дарвина, конечно, не снял бы свой фильм «2001» и Стенли Кубрик. Наука и культура образуют неделимое целое, и сейчас, когда буквально каждый уголок нашего мира преобразован человеческой деятельностью, это заметно больше, чем когда бы то ни было. Если прошлое хоть чему-то учит, можно утверждать, что решение загадки квантовой физики и построение теории более высокого уровня в конечном счете изменят не только профессиональную жизнь физиков, но и повседневную жизнь каждого человека.

* * *

Глубокие пограничные проблемы физической науки – и главная из них, проблема квантовой гравитации – не находят решения уже несколько десятилетий. Эти проблемы настолько сложны и фундаментальны, что горсточка ведущих физиков в поисках ключа к ним обратилась к основам квантовых принципов. Некоторые из них предполагают, что сама структура пространства-времени построена на основе квантовой запутанности, а далеко отстоящие друг от друга точки соединены «кротовыми норами»[710]. Другие доказывают, что мультивселенные в модели «вечной инфляции» и в теории струн не отличаются от мультивселенной многомировой интерпретации и что все три теории разными путями ведут к одной и той же фундаментальной истине космоса[711]. В одной из работ в качестве стартовой точки открыто выбирается квантовая нелокальность; на этом основании делается попытка соорудить теорию квантовой гравитации. Попутно приходится отказаться от эйнштейновской относительности – построить теорию квантовой гравитации, в которой не нарушалась бы теория относительности, не удалось еще никому[712].

Надо сознаться, что нам в целом не удалось уделить должного внимания великому обилию способов интерпретации квантовой физики, предложенных на сегодня. В этой книге рассказано лишь о нескольких исторически наиболее значительных возможностях такой интерпретации. В различных формах они в основном остаются актуальными (за исключением основанного на роли сознания вигнеровского подхода, отвергнутого по причине надуманности, расплывчатости и опасной близости к солипсизму). Но за последние тридцать лет их было предложено во много раз больше. Среди них есть интерпретации, построенные на идее ретропричинности, то есть предполагающие, что субатомные частицы могут влиять на свое прошлое, и доводящие принцип квантовой нелокальности до крайней степени. Есть интерпретации, которые пытаются обойти теорему Белла, изменяя сами аксиомы вероятности, хотя неясно, можно ли добиться этого таким способом. Герард ‘т Хоофт разрабатывает собственную интерпретацию квантовой теории, в которой результат опыта Белла обыгрывается весьма сложным и необычным путем. Его «супердетерминистская» теория содержит локальные скрытые переменные и предполагает глубокие предварительные связи между субатомными частицами и экспериментальными установками. Многие физики и философы с порога отвергают такие подходы, как разновидность «теории космологического заговора», принятие которой заранее исключило бы саму возможность заниматься наукой. Однако ‘т Хоофт верит, что сумеет пойти этим путем, не принося науку в жертву. И кто знает – возможно, он окажется прав. Роджер Пенроуз, один из крупнейших современных математических физиков, уверен, что коллапс волновой функции реален и что уравнение Шрёдингера должно быть модифицировано, как это происходит в теориях спонтанного коллапса. Но он считает, что коллапс происходит не вполне случайно, а обусловлен тяготением; такой подход открывает возможность для объединения общей теории относительности и квантовой физики неожиданным и совершенно новым образом. Существуют даже гибридные интерпретации, соединяющие основные черты нескольких других, например интерпретация на основе множественных взаимодействующих миров, в которой есть и волны-пилоты, и многомировой подход.

Отдельно стоят сложные вопросы интерпретации квантовой теории поля (КТП), которая объединяет квантовую механику со специальной теорией относительности и описывает хитросплетения физики высоких энергий. Эта область тесно связана с ускорителями частиц. Некоторые задачи КТП совпадают с задачами обычной квантовой теории – среди них все те же знакомые нам