Гельголанд. Красивая и странная квантовая физика - Карло Ровелли
Есть еще один способ интерпретировать волновую функцию ψ как реальную сущность, не прибегая при этом ни к множественности миров, ни к скрытым переменным: предсказания квантовой механики можно рассматривать как своего рода приблизительное описание, не учитывающее аспекты, без которых вся картина оказывается недостаточно внятной.
Должен существовать реальный и независимый от наших наблюдений физический процесс, который происходит спонтанно, время от времени, и препятствует «расползанию» волновой функции. Этот до сих пор никогда не наблюдавшийся гипотетический механизм был назван «физическим коллапсом волновой функции». Таким образом, «физический коллапс волновой функции» происходит не вследствие наблюдения, а спонтанно, и тем скорее, чем более макроскопичны рассматриваемые объекты.
В случае с котом волновая функция ψ сама собой должна очень быстро перейти в одно из двух состояний, и кот практически сразу же должен стать или бодрствующим, или спящим. Таким образом, гипотеза состоит в том, что квантовая механика неприменима к макроскопическим объектам вроде котов49. Предсказания теорий этого типа отличаются от предсказаний обычной квантовой теории.
Эти предсказания проверялись в разных лабораториях во всем мире, и такие проверки продолжаются по настоящее время. Пока что всегда подтверждались предсказания именно квантовой теории. Большинство физиков, включая и вашего покорного слугу, который пишет эти строки, готовы поспорить, что квантовая теория останется верной еще какое-то время…
3. Принятие неопределенности
Обсуждавшиеся до этого интерпретации квантовой механики имели целью избежать неопределенности50, рассматривая волновую функцию ψ как реальный объект. Расплатой за это было добавление к реальности сущностей вроде множественных миров, недоступных переменных или никогда не наблюдаемых процессов.
Но для столь буквального восприятия волновой функции ψ нет никаких оснований.
Функция ψ – это не реальная сущность, а всего лишь математический аппарат для расчетов. Это как прогноз погоды, предварительная смета на строительство дачи, прогнозы букмекеров на скачках51. Реальные явления в мире имеют вероятностный характер, и величина ψ – это просто наш способ вычисления вероятности наступления событий.
Интерпретации квантовой теории, в которых волновая функция ψ не рассматривается как нечто реальное, называются эпистемологическими, поскольку толкуют функцию ψ просто как способ описания происходящего нашим сознанием (ἐπιστήμη – «эпистема» – «знание», «наука»).
Примером такого подхода может служить «квантовое байесианство», или просто «кубизм». В этой интерпретации квантовая теория принимается такой, как есть, без попыток каким бы то ни было образом «дополнить» мир.
Термин «кубизм» происходит от слова «кубит», означающего единицу информации квантового компьютера.
Идея состоит в том, что волновая функция ψ – это просто имеющаяся в нашем распоряжении информация о мире и что физика описывает не мир, а то, что мы о нем знаем. Она описывает имеющуюся в нашем распоряжении информацию о мире.
Когда мы выполняем измерение, то объем информации увеличивается, и поэтому при измерении волновая функция ψ изменяется: не потому, что нечто происходит во внешнем мире, а просто поскольку изменяется имеющаяся в нашем распоряжении информация о нем. Если мы взглянем на барометр, то наш прогноз погоды изменится – не потому, что внезапно что-то изменится в небе, а потому, что мы в это мгновение узнаем нечто, до этого нам неизвестное.
Термин «кубизм» – это также игра слов, намек на кубизм Брака и Пикассо (стиль в живописи, который сформировался в Европе в эпоху, когда достигла зрелости квантовая теория). Кубизм и квантовая теория исходят из образного представления о мире. Картины кубистов зачастую представляют собой наложение несовместимых изображений предмета или человека с разных ракурсов. Точно так же, как в квантовой механике допускается возможность наличия взамоисключающих свойств у одного и того же физического объекта (немного погодя мы обсудим эту идею поподробнее).
В первые десятилетия ХХ века общим местом во всей европейской культуре стало осознание невозможности простого и полного описания мира. В Италии в период между 1909 и 1925 годами, когда зародилась квантовая механика, Пиранделло написал роман «Кто-то, никто и сто тысяч», в котором говорит о дроблении реальности, воспринимаемой с точки зрения разных наблюдателей.
Кубизм отвергает возможность реалистичного представления о мире сверх того, что мы видим или что дают нам измерения. Эта теория оперирует исключительно тем, что видит агент. Недопустимо говорить что-либо о коте или фотоне, когда мы на них не смотрим.
Слабое место кубизма – это его утилитаристский подход к науке. Цель науки не только в том, чтобы делать предсказания. Она должна также давать представление о реальности, концептуальные рамки для понимания вещей. Именно в этом стремлении сила научного мышления. Если бы целью науки было делать предсказания, то Коперник ничего не открыл по сравнению с тем, что было известно Птолемею: его астрономические предсказания были не лучше птолемеевских. Но Коперник нашел ключ к переосмыслению и лучшему пониманию всего.
Есть еще один момент, и это краеугольный камень всей дискуссии: кубизм привязывает реальность к сознающему субъекту, к мыслящему «я», который всегда находится вне природы. Кубизм не видит наблюдателя частью мира, а наоборот, изучает мир как отражение в сознании наблюдателя. Эта теория отвергает подлинный материализм, скатываясь в крайний идеализм52. Важнейший момент состоит в том, что и сам наблюдатель может оказаться объектом наблюдения. У нас нет оснований сомневаться в том, что любой реальный наблюдатель также описывается квантовой теорией.
Если я наблюдаю наблюдателя, то могу видеть и то, чего сам наблюдатель не видит. Отсюда по аналогии разумно заключить, что есть то, чего и я как наблюдатель не вижу. Следовательно, сущее больше того, что я способен наблюдать, и мир существует, даже когда я его не наблюдаю. Мне нужна теория, объясняющая, как устроена Вселенная и что представляет собой наблюдатель внутри Вселенной, а не теория, в которой Вселенная зависит от наблюдающего ее меня.
* * *В конце концов, все перечисленные в этой главе интерпретации квантовой механики всего лишь возвращают нас к спору Шредингера и Гейзенберга – спору между «волновой механикой», стремящейся любой ценой избежать неопределенности мира, и радикальным сальто «детской физики», которая ставит все в слишком уж большую зависимость от существования «наблюдающего» субъекта. В этой главе мы ознакомились со множеством забавных идей, но, в сущности, никак не продвинулись вперед.
Кто же этот познающий субъект, обладающий информацией? Что представляет собой имеющаяся в его распоряжении информация? Что представляет собой наблюдающий субъект? Он что, неподвластен законам природы или также описывается ими? Он вне природы или часть природного мира? Если он часть природы, то зачем рассматривать его особым образом?
И эта очередная формулировка поднятых Гейзенбергом вопросов: «Что характеризует наблюдение? Что такое
