Гельголанд. Красивая и странная квантовая физика - Карло Ровелли
III
Может ли нечто быть реальным для тебя и одновременно не быть реальным для меня?
В этой главе наконец говорится об отношениях
1. Было время, когда мир казался простым
Во времена Данте в Европе мир считался замутненным отражением великой небесной иерархии: Великий Бог и его Ангелы приводят в движение сферы планет, направляя светила на их пути по небосводу, и трепетно и любовно участвуют в жизни нас, слабых людей, которые в центре Вселенной мечутся между поклонением, бунтом и раскаянием.
Потом восприятие изменилось. В последующие века мы поняли аспекты реальности, выявили скрытые грамматики, нашли стратегии для достижения наших целей. Научная мысль построила сложную конструкцию знания. Ведущую и объединяющую роль в этом сыграла физика, которая дала нам четкое и ясное представление о реальности как об огромном пространстве, в котором движутся частицы, притягиваемые и отталкиваемые разными силами. Фарадей и Максвелл добавили к этому электромагнитное поле – рассеянную в пространстве сущность, посредством которой удаленные друг от друга тела воздействуют друг на друга. Картину дополнил Эйнштейн, показав, что тяготение также переносится посредством поля, которое представляет собой геометрию пространства-времени. Получился чистый и прекрасный синтез.
Реальность – это причудливое сочетание сущностей: заснеженные горы и леса, дружеский взгляд, грохот метро противным зимним утром, наша неутолимая жажда, стук пальцев по клавиатуре ноутбука, запах хлеба, боль мира, ночное небо, неисчислимость звезд, Венера, одиноко сияющая на ультрамариновом сумеречном небе… Казалось, что в этом калейдоскопическом разнообразии удалось найти главную тему, скрытый за кажущимся хаосом порядок. Это было время, когда мир казался простым.
Но большие надежды, которые питали мы, ничтожные смертные существа, оказались лишь кратким сном. Концептуальная ясность классической физики была сметена натиском квантовой теории. Реальность не такова, как ее описывает классическая физика.
Это оказалось резким пробуждением от блаженного сна, в который мы впали, убаюканные иллюзией успехов ньютоновской теории. Но это пробуждение подводит нас к самому сердцу научного мышления, суть которого не в установленных истинах. Научное мышление всегда в движении, и сила его как раз в постоянной способности подвергать все сомнению и начинать все сначала, не боясь разрушить миропорядок в поисках еще лучшего, чтобы потом оспорить и его, вызвав новое потрясение основ.
Сила науки в том, что она не боится пересмотра представлений о мире: от Анаксимандра, который убрал подпиравшие Землю колонны, до Коперника, запустившего ее двигаться по кругу в небесах, Эйнштейна, отказавшегося от четкого разделения пространства и времени, и Дарвина, лишившего нас иллюзии инакости человека… Реальность постоянно переосмысливается, представления о ней становятся все более эффективными. Тонкая пленительность науки, так захватившая меня в мятежном подростковом возрасте, заключается в смелости, с которой она идет на глубокий пересмотр картины мира…
2. Отношения
В небольшой физической лаборатории, где ученые исследуют микроскопические объекты вроде атома или фотона в цейлингеровском лазере, ясно, кто наблюдатель: это, конечно же, ученый, который готовит, наблюдает и измеряет исследуемый квантовый объект с помощью своих приборов, регистрирующих излучаемый атомом свет или место прихода фотонов.
Но огромный мир состоит не из ученых-экспериментаторов или измерительных приборов. Что такое наблюдение в отсутствие измеряющего ученого? Что говорит нам квантовая теория в случае отсутствия наблюдателя? Что говорит нам квантовая теория о происходящем в другой галактике?
Я считаю, что ключ к ответу и суть излагаемых в этой книге идей состоит в простой констатации того факта, что сам ученый вместе с его измерительными приборами – тоже часть природы. А квантовая механика описывает то, как одна часть природы проявляет себя для другой части природы.
Суть описываемой здесь «реляционной» квантовой теории интерпретации (то есть интерпретации в терминах «отношений») состоит в том, что теория описывает не то, как квантовые объекты проявляют себя для нас (или для специальных «наблюдающих» сущностей). Она описывает то, как любой физический объект проявляет себя для любого другого физического объекта. Как любой физический объект воздействует на любой другой физический объект.
Мы мыслим о мире в терминах объектов, вещей, сущностей (ученые называют все это физическими системами) – это может быть фотон, кот, камень, часы, дерево, мальчик, страна, радуга, планета, скопление галактик… Никакой из этих объектов не существует в гордом одиночестве. Наоборот, они только и делают, что воздействуют друг на друга. Для понимания природы следует наблюдать именно эти взаимодействия, а не изолированные объекты. Кот слышит тиканье часов, мальчик бросает камень, камень смещает воздух на своем пути, ударяется о другой камень и приводит его в движение, продавливает землю в месте падения, дерево впитывает энергию солнечного света, синтезирует кислород, которым дышат обитатели страны, наблюдая звезды, а сами звезды движутся в галактике, влекомые силой притяжения других звезд… Наблюдаемый нами мир находится в состоянии постоянного взаимодействия – это плотная сеть взаимного влияния.
Объекты характеризуются тем, как они взаимодействуют. Если бы существовал объект без взаимодействий, ни на что не влияющий, ни на что не воздействующий, не излучающий свет, не притягивающий, не отталкивающий, «неприкосновенный», ничем не пахнущий… то он все равно что не существовал бы вовсе. Невзаимодействующие объекты – это все равно что объекты, пусть и «существующие», но никак нас не касающиеся. Даже непонятно, что может означать «существование» подобных объектов. Мир, который мы познаем, который нас касается, который нас интересует, который мы называем реальностью, представляет собой огромную сеть взаимодействующих сущностей, которые проявляют себя друг для друга посредством взаимодействия, частью которой мы являемся. Именно эта сеть и есть предмет нашего обсуждения.
Одна из таких сущностей – это наблюдаемый Цейлингером в лаборатории фотон. А еще одной такой сущностью, так же как и фотон, и кот, и звезда, является сам Антон Цейлингер. Ты, читающий эти строки, – это еще одна сущность, также как и я, пишущий их зимним канадским утром, когда небо за окном моего кабинета еще темное, сидящий рядом с янтарного цвета мурлыкающей кошкой, которая свернулась клубком между мной и компьютером, на котором набираю этот текст, – мы все представляем собой сущности наравне с другими сущностями.
Если квантовая механика описывает то, как фотон проявляет себя для Цейлингера, и это две физические системы, то, следовательно, эта теория должна описывать также и способ проявления любого объекта для любого другого объекта. В сущности, происходящее между фотоном и наблюдающим его Цейлингером ничем не отличается от происходящего с любыми другими двумя взаимодействующими объектами, когда они, взаимодействуя между собой, проявляют себя друг для друга.
Очевидно, что существуют особые физические системы, являющиеся наблюдателями в строгом смысле, – то есть такие, которые обладают органами чувств, памятью, работают в лаборатории и при этом макроскопичны… Но квантовая механика описывает не только такие системы, но и элементарную и универсальную грамматику физической реальности, которая
