Читаем без скачивания О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний - Маркус дю Сотой

Эта модель реальности чрезвычайно интересна и, как кажется, непосредственно влияет на то, что мы называем сознанием. Мы еще вернемся к вопросу сознания на шестом «рубеже», но и эта глава ставит непростой вопрос: может ли сознание быть связано с поведением такой волновой функции? Почему мне известен лишь один результат попадания электрона в пластину? Является ли мое осознание того, что происходит вокруг меня, некоей разновидностью попадания электрона в детектор? Отсутствует ли у оборудования, установленного в моей голове, способность работать с множественными мирами? Когда я выглядываю в окно, фотоны, прилетающие от дома напротив, попадают в мой глаз и регистрируются сетчаткой. Почему, выглянув однажды в окно, я не могу увидеть, что дома номер 14 и 16 поменялись местами?

Пытаясь таким образом придать происходящему некоторую упорядоченность, мы подразумеваем, что скачок, порождаемый актом наблюдения, – не реальное событие, а нечто, происходящее в нашем уме. Наше восприятие говорит нам, что происходит скачок, но это не соответствует действительности. Однако такое объяснение вынуждает спросить: а что мы, собственно, делаем, когда даем миру научное объяснение?

Что такое наука? Как мы пытаемся исследовать свое взаимодействие со Вселенной? Если мы что-нибудь и узнаем, то только путем измерения и наблюдения. Математические уравнения могут сказать нам, чего ожидать, но без измерений такие предсказания остаются голой теорией. Поэтому довольно странно, что, для того чтобы «узнать» что-то о Вселенной, мы можем только наблюдать, тем самым заставляя частицы и свет решать, где они находятся и что они делают. Разве до этого не существовало ничего, кроме чистой фантазии? Мы не можем измерить всю волновую функцию, мы можем только познать ее математическими методами. Является ли квантовая волновая функция частью Вселенной, которую мы никогда не сможем познать – потому что, с нашей точки зрения, истинное познание невозможно без измерений? А измерение вызывает ее коллапс. Вероятно, вера в возможность знания, превышающего возможности измерения, – это проявление обычной жадности. Такое мнение выражал, например, Стивен Хокинг:

Я не требую, чтобы теория соответствовала реальности, потому что я не знаю, что такое реальность. Реальность – не такое качество, которое можно проверить лакмусовой бумажкой. Меня интересует только, чтобы теория правильно предсказывала результаты измерений[59].

Один вход, много выходов

С чем я действительно не могу примириться в основной современной интерпретации квантовой физики, так это с тем, что, поставив опыт с двойной щелью дважды с точным соблюдением одинаковых условий, можно получить разные результаты. Это противоречит всему тому, во что я верю. Именно поэтому меня привлекла математика: определенность доказательства существования бесконечного количества простых чисел означает, что в следующий раз, когда я проверю его, я не рискую внезапно обнаружить, что количество этих чисел стало конечным. Я считал, что естественные науки в конечном счете состоят из таких же определенностей, даже если человек не всегда может до них добраться. Когда я бросаю игральную кость, я соглашаюсь с математикой теории хаоса, утверждающей, что я, возможно, никогда не смогу рассчитать исход такого броска. Но эта математика, по крайней мере, говорит, что в случае точно такого же броска кость упадет той же стороной. Однако физика, созданная на этом «рубеже», ставит такой вывод под вопрос.

Вероятностный характер поведения игральной кости выражает недостаток информации. В квантовой физике речь не идет о незнании физиком полной картины. Даже полное знание всего не устраняет участия вероятности и случая. Согласно современной интерпретации квантовой физики, одна и та же начальная точка, одни и те же входящие данные могут породить разные исходы броска кости.

Кое-кто может усомниться в том, что говорить о точном повторении начальных условий опыта и процедуры его проведения вообще имеет смысл, – строго говоря, такое повторение невозможно. Точное воспроизведение локальных условий возможно, но эксперимент происходит во Вселенной, а Вселенная изменяется. Волновую функцию Вселенной невозможно перемотать назад и запустить заново. Вселенная – это одноразовый эксперимент, одной из частей волновой функции которого являемся мы. Каждое наблюдение изменяет волновую функцию Вселенной, и отменить такое изменение нельзя.

Но что, если реальность случайна и не так детерминистична, как мне того хотелось бы? Фейнман говорит в своих «Лекциях по физике»: «В настоящее время приходится ограничиваться расчетом вероятностей. Мы говорим “в настоящее время”, но мы очень серьезно подозреваем, что все это – уже навсегда и разгрызть этот орешек человеку не по зубам, ибо такова природа вещей»[60].

Судя по всему, истинная случайность воплощена на моем столе не в игральной кости, привезенной из Лас-Вегаса, а в баночке урана, купленной в интернете.

6

Как удивительны все эти перемены! Не знаешь, что с тобой будет в следующий миг.

Приключения Алисы в Стране чудес[61]

Должен сказать, что меня сильно беспокоят противоречия между квантовым миром и здравым смыслом. Кажется, так и должно быть. Нильс Бор, один из основателей квантовой механики, говорил: «Если квантовая физика вас не шокирует, значит, вы ее еще не поняли».

Ричард Фейнман пошел еще дальше: он заявил, что «никто не понимает квантовой физики». Когда ему было за шестьдесят, он признал в программной лекции на конференции по вычислительной физике: «Позвольте мне сразу сказать, что нам всегда (только это секрет, закройте скорее дверь!) – нам всегда было очень трудно понять то видение мира, которое дает квантовая механика. Меня лично оно до сих пор нервирует».

Мой внутренний математик мечтает о каком-нибудь детерминистическом механизме, который рассказал бы мне, когда уран в моей банке испустит следующую частицу. Но вероятностный характер квантовой физики чрезвычайно сильно ограничивает нашу способность узнать, что произойдет дальше. Уравнения Ньютона открыли перед нами увлекательнейшие перспективы: зная импульс и положение частицы, мы можем полностью определить ее поведение в будущем при помощи уравнений движения. А если повторить тот же опыт с другой частицей, расположенной в той же точке и имеющей такой же импульс, то ее траектория совпадет с траекторией первой частицы.

Но в 1927 г. Гейзенберг совершил открытие, которое практически уничтожило такую надежду на познание будущего. Он выяснил, что выражение «знать импульс и положение частицы в одно и то же время», по сути дела, не имеет смысла. Оказалось, что между знанием положения частицы и знанием ее импульса существует некая жесткая связь. Если измерять положение частицы, увеличивая точность измерений, то оказывается, что ее импульс может иметь целый диапазон возможных значений. В этом и состоит знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга, ставший, вероятно, самым серьезным препятствием для нашего познания. Как мы увидим далее, именно принцип неопределенности Гейзенберга виноват в том, что уран, лежащий у меня на столе, испускает частицы случайным образом.

То, как важно быть готовым пересмотреть видение мира в свете этого нового открытия, хорошо выразил сам Гейзенберг: «В любом случае, где мы переходим от познанного к непознанному, мы надеемся нечто понять, но одновременно, пожалуй, необходимо при этом подчеркнуть новое значение слова “понимать”»[62].

Квантовая физика не столько дает ответы на старые вопросы, сколько подвергает сомнению те вопросы, которые мы имеем право задавать.

Квантовые ковры

Вот к чему сводится суть открытия Гейзенберга. Возьмем одну из частиц внутри моего куска урана. Если мы знаем, что эта частица пребывает в состоянии покоя – не движется, – то оказывается, что мы не можем знать, где она находится. То есть если проверить ее местоположение, есть шанс обнаружить ее в любой точке Вселенной. Напротив, если попытаться точно определить, где эта частица находится, мы внезапно теряем возможность определения того, как она движется. Частица, которая казалась нам покоящейся, неожиданно оказывается движущейся в произвольном направлении.

Эта идея кажется абсолютно безумной. Подбросив игральную кость в воздух и внимательно следя за ее падением на стол, я не ожидаю, что мое знание положения кости внезапно заставит ее улететь в совершенно новом направлении. Но такое интуитивное представление справедливо только в отношении объектов с большой массой. Если масса мала – например в случае электрона, – то именно так все и происходит. Если определить положение электрона с точностью до радиуса атома, его скорость может изменяться на величину, составляющую до 1000 км/с, причем в любом направлении.