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

проблема измерений и нелокальность, но в ней есть и собственные, совершенно новые и удивительные фундаментальные проблемы[713]. На повестке дня актуальная тема – приспособить некоторые из существующих интерпретаций квантовой теории, такие как интерпретация на основе волны-пилота, для работы в рамках КТП[714]. (Другие интерпретации, например многомировая, легко вписываются в КТП, что, пожалуй, говорит в их пользу.)

В области основ квантовых принципов есть еще великое множество других увлекательных идей и интригующих нерешенных вопросов. Несмотря на десятилетия пренебрежения и безразличия, в течение которых она оставалась на периферии физики, наука об основах квантовых принципов крепнет и развивается. И будь Джон Белл жив, он удивился бы и порадовался сделанному им.

* * *

Итак, что же реально? Волны-пилоты? Множественные вселенные? Спонтанный коллапс? Какая из интерпретаций квантовой физики верна? Я не знаю. У каждой из них есть свои критики (хотя все, кто предлагает интерпретации, отличные от копенгагенской, обычно соглашаются, что эта последняя хуже всех). Так или иначе, математический аппарат квантовой физики постоянно развивается. И верная интерпретация, конечно, есть, хотя, быть может, ни одна из тех, что мы имеем сегодня, ею не является. Просто-напросто отбросить мысль о реальности квантового мира, считать его лишь удобной математической фикцией – значит отказаться принимать всерьез нашу лучшую физическую теорию. Поэтому мы и погружены в мучительно трудный процесс поиска нового подхода. Утверждать, что выводы из копенгагенской интерпретации «неизбежны» или что «математический аппарат теории вынуждает нас их признать», попросту неверно. Неправда, что бессмысленно говорить о реальности, существующей независимо от нашего восприятия, что мы обязаны думать о мире исключительно как о предмете наших наблюдений. Квантовая физика не приводит нас к солипсизму и идеализму.

Нет, совсем наоборот – мы, физики, должны изучать все существующие интерпретации и учитывать их в нашей работе. Относиться к ним творчески свободно, без догматизма, сохранять свежий взгляд на наши методы и результаты. Я не говорю, что все физики должны работать над интерпретацией квантовой теории, – есть множество интереснейших нерешенных задач, с которыми тоже хотелось бы справиться каждому физику, взять хоть квантовую гравитацию или высокотемпературную сверхпроводимость (этой нежданной тайне стоит посвятить отдельную книгу). Но все физики должны знать об этой проблеме и в общих чертах представлять себе ситуацию в этой области. А она такова: фантастически успешная теория, затруднения с ее интерпретациями и главная труднейшая задача – переход от существующей теории к новой. С прагматической точки зрения перед лицом этих трудностей правильным ответом, возможно, является плюрализм интерпретаций – или если не плюрализм, то смирение. Квантовая физика верна, по крайней мере приближенно. В мире есть нечто реальное, что каким-то образом похоже на квант. Мы просто пока до конца не знаем, что это слово обозначает. И задача физики заключается в том, чтобы это узнать.

Это поистине великая задача. Каждый, о ком шла речь в нашем затянувшемся рассказе, сражался за ее решение по-своему: Белл со своим жестким критическим пером, Бом со своим упрямым отказом смириться с существующим порядком вещей, Эверетт со своим стилем пранкера. Значение имеют не только их идеи, но и их истории. Истории людей, стоящие за физическими открытиями, могут указать путь в наших поисках, так же как и новые интерпретации теории. Оглядываясь на дорогу, которая привела нас сюда, мы можем лучше понять, как двигаться дальше, вперед. Продемонстрировать это и было целью данной книги – во всяком случае ее программой-минимум. А последнее слово я предоставлю тому, кто стоит в нашей профессии гораздо выше:

Очень многие люди – и даже профессиональные ученые – кажутся мне похожими на тех, кто повидал тысячи деревьев, но никогда не видел леса. Знание исторического и философского фона порождает независимость от предрассудков своего поколения, предрассудков, от которых страдает большинство ученых. Эта созданная философской интуицией независимость и является, по моему мнению, знаком отличия между простым ремесленником-специалистом и настоящим искателем истины[715].

Альберт Эйнштейн

Приложение

Четыре взгляда на очень странный эксперимент

В 1978 году, вскоре после начала работы в Техасском университете, Джон Уилер предложил мысленный эксперимент, который, по его словам, «позволяет проникнуть в самую суть спора между Бором и Эйнштейном». Он предположил, что «этот эксперимент, возможно, расскажет нам о главном механизме Вселенной»[716]. Уилер назвал его «экспериментом с отложенным выбором» (рис. A.1).

Эксперимент существует в двух конфигурациях. Мы начнем с более простой – на рисунке слева (рис. П.1А). Лазерный пучок (то есть пучок фотонов) появляется из нижнего левого угла и попадает на светоделитель, который (как ясно из названия) расщепляет его на две равные части: одна из них отражается вверх, а другая проходит через светоделитель в правый нижний угол. Оба образовавшихся пучка попадают еще на одно зеркало, каждый на свое, и после отражения от них снова пересекаются. Затем каждый из пучков регистрируется приемником. Это все.

Рис. П.1. Эксперимент Уилера с отложенным выбором. А. Без второго светоделителя индивидуальный фотон попадает на любой из детекторов с вероятностью 50/50. Б. Со вторым светоделителем индивидуальный фотон будет интерферировать сам с собой; это гарантирует, что он никогда не попадет на детектор 2

Теперь рассмотрим тот же эксперимент, но «с изюминкой» (рис. П.1Б, справа). Установим второй светоделитель в верхнем правом углу, в точке, где два пучка пересекаются, прежде чем отправиться на свои приемники. Каждый из наших двух пучков тоже разделится на два: теперь половина каждого пучка пойдет направо, к приемнику 2, а половина – вверх, на приемник 1. Но этот светоделитель сконструирован по-особому: так, чтобы две объединенные половины пучка не вели себя одинаково в обоих направлениях[717]. Те две половины пучка, которые идут вверх, полностью синхронизированы: их холмы и впадины согласованы друг с другом, усиливая объединенную волну. Это конструктивная, или усиливающая, интерференция, та самая, из-за которой появляются яркие полосы в эксперименте с двойной щелью из главы 5. А две половины пучков, направляющиеся направо, находятся в противофазе: максимумы одного точно совпадают с минимумами другого, и они полностью гасят друг друга. Это деструктивная, или ослабляющая, интерференция, ответственная за темные полосы в эксперименте с двойной щелью. В результате приемника 2 свет не достигает – оба пучка, направляющиеся к нему, деструктивно проинтерферировали друг с другом. А свет, попадающий на детектор 1, столь же ярок, как и исходный лазерный пучок, который поступил на первый светоделитель в нижнем левом углу установки.

Пока все нормально. Все, что мы описали, кроме лазера, пока укладывается в рамки классической физики. Попробуем теперь ввести в нашу картину кванты. Сделаем лазерный пучок очень слабым – настолько,