Манжит Кумар - Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности
Влияние Эйнштейна ослабевало, а авторитет Бора креп. Имея таких “миссионеров”, как Гейзенберг и Паули, несущих свет истины “пастве”, копенгагенская интерпретация стала синонимом квантовой механики. Студент Джон Клаузер в середине 60-х годов часто слышал, что Эйнштейн и Шредингер “впали в старческий маразм” и что их мнению о квантах доверять нельзя28. “Эту сплетню я слышал от многих известных физиков, работавших в разных престижных институтах”, — вспоминал он годы спустя. Именно он был первым, кто в 1972 году проверил неравенство Белла. Разительный контраст с Бором в его отношении к проблеме очевиден. А ведь считалось, что Бор обладает потрясающей интуицией и почти сверхъестественным умением убеждать. Некоторые полагали, что в тех случаях, когда другим необходим расчет, Бор мог без него обойтись29. Клаузер вспоминал, что в его студенческие годы “открытый интерес, проявленный к фантастическим и странным проявлениям квантовой механики”, выходящим за пределы копенгагенской интерпретации, был “практически запрещен из-за боязни быть подвергнутым остракизму и общественному осуждению. Все вместе это напоминало крестовый поход против такого образа мыслей”30. Однако были “неверные”, готовые бросить вызов копенгагенской ортодоксии. Одним из них был Хью Эверетт III.
В апреле 1955 года, когда умер Эйнштейн, Эверетту было двадцать четыре года. Он учился в Принстонском университете, где должен был получить степень магистра. Через два года Эверетт защитил диссертацию “Об основах квантовой механики” и получил степень доктора философии. Он показал, что имеется возможность трактовать абсолютно все результаты квантовых экспериментов как действительно существующие в реальном мире. Согласно Эверетту, для кота Шредингера, запертого в ящике, это означает, что в момент открытия ящика Вселенная делится: в одной из Вселенных кот оказывается мертв, а в другой остается в живых.
Эверетт назвал свою интерпретацию “формулировкой квантовой механики, основанной на понятии относительного состояния”. Он показал, что предположение о существовании всех возможных квантовых состояний приводит к тем же предсказаниям результатов квантово-механических экспериментов, что и копенгагенская интерпретация.
Свою альтернативную интерпретацию Эверетт опубликовал в 1957 году. Статья сопровождалась комментарием его научного руководителя, известного принстонского физика Джона Уилера. Это была первая работа Эверетта. Больше десяти лет она оставалась практически незамеченной. Разочарованный Эверетт бросил научную работу и стал работать на Пентагон, где занимался применением теории игр к стратегическому планированию.
“Вопрос не в том, существуют ли невидимые миры, — сказал однажды американский режиссер Вуди Аллен, — а в том, как далеко они от центра города и как поздно открыты”31. В отличие от Аллена, большинство физиков отказывалось признать, что бесконечное число исключающих друг друга реальностей, в которых реализуются все мыслимые экспериментальные результаты, существует. К сожалению, Эверетт умер от сердечного приступа в 1982 году, когда ему был всего пятьдесят один год. Он не дожил до момента, когда его “многомировую интерпретацию”, как ее позже назвали, стали всерьез воспринимать квантовые космологи, пытающиеся раскрыть тайну образования Вселенной. Многомировая интерпретация квантовой механики позволяла им обойти вопрос, ответ на который не могла дать копенгагенская интерпретация: какой акт наблюдения может привести к коллапсу волновой функции всей Вселенной?
Копенгагенская интерпретация требует существования вне Вселенной наблюдателя, который наблюдал бы такое событие. Но поскольку такового нет (не будем принимать в расчет Бога), Вселенная никогда не могла бы появиться и навсегда осталась бы в состоянии суперпозиции многих возможностей. Это еще раз ставило на повестку дня давнюю проблему измерений. В уравнение Шредингера, описывающее квантовую реальность как суперпозицию разных возможностей, каждой из которых ставится в соответствие определенная вероятность, акт измерения не входит. В математическом аппарате квантовой механики наблюдателя также нет. Теория ничего не говорит о коллапсе волновой функции — неожиданном, скачкообразном изменении состояния квантовой системы в процессе измерения, когда та или иная возможность становится реальностью. В многомировой интерпретации Эверетта для коллапса волновой функции не нужен ни наблюдатель, ни измерение: абсолютно все возможные результаты квантовых событий сосуществуют как реальные в параллельных Вселенных.
“Оказалось, что предложить интерпретацию — гораздо более сложная задача, чем просто вывести уравнения”, — заявил Поль Дирак пятьдесят лет спустя после Сольвеевского конгресса 1927 года32. Нобелевский лауреат Мюррей Гелл-Манн считает, что в какой-то мере так происходит из-за того, что Нильс Бор ‘“промыл мозги’ целому поколению физиков, заставив их поверить, что проблема решена”33. В июле 1999 года социологический опрос, проведенный во время конференции по квантовой физике в Кембриджском университете, выявил отношение нового поколения физиков к вызвавшему столько споров вопросу об интерпретации квантовой механики34. Из девяноста опрошенных всего четверо проголосовали за копенгагенскую интерпретацию, а тридцать высказались за современную версию многомировой теории Эверетта35. Интересно, что пятьдесят физиков поставили галочку в клетке: “Ни одна из перечисленных / Еще не решил”.
Неразрешенные концептуальные трудности, такие как проблема измерения и невозможность указать точно, где кончается квантовый и начинается классический мир нашей повседневности, склоняют все большее число физиков к поиску чего-то, спрятанного на более глубоком уровне, чем квантовая механика. “Теория, ответом которой являются слова ‘может быть’, — говорит лауреат Нобелевской премии физик-теоретик Герард’т Хоофт, — должна восприниматься как неточная”36. Он верит, что Вселенная детерминирована, и занят поисками фундаментальной теории, которая объяснила бы все странные, противоречащие интуиции, особенности квантовой механики. Однако есть и другие. Например, Николас Гисин, ведущий экспериментатор, исследующий перепутывание, заявляет, что “не испытывает затруднений из-за неполноты квантовой механики”37.
Появление других интерпретаций и серьезные сомнения относительно полноты квантовой механики привели к пересмотру вердикта, вынесенного не в пользу Эйнштейна в его длившемся так долго споре с Бором. “Может ли такое быть, чтобы Эйнштейн в каком-либо серьезном вопросе мог оказаться так глубоко ‘неправ’, как утверждают последователи Бора? — задается вопросом английский математик и физик сэр Роджер Пенроуз. — Я в это не верю. Со своей стороны я решительно поддерживаю Эйнштейна, верившего в субмикроскопическую реальность, и разделяю его убежденность, что современная квантовая механика в своей основе неполна”38.
Хотя Эйнштейну в схватках с Бором никогда не удавалось нанести решающий удар, брошенный им вызов будоражит умы. Именно он сподвиг таких ученых, как Бом, Белл и Эверетт, попытаться проверить и дать оценку копенгагенской интерпретации Бора в то время, когда она господствовала повсеместно. Спор Эйнштейна и Бора о природе реальности стал стимулом для появления теоремы Белла. Проверка неравенства Белла прямо или опосредованно стала причиной лавинообразного появления новых областей исследований, таких как квантовая криптография, квантовая теория информации и квантовые компьютеры. Квантовая телепортация — одна из самых поразительных новых теорий. Кажется, этот термин взят из научной фантастики, но в 1997 году не одной, а сразу двум командам физиков удалось телепортировать частицу. Физически частицу в пространстве не перемещали, но ее квантовое состояние передавалось частице, расположенной в другом месте. Таким образом, первую частицу телепортировали из одного места в другое.
Последние тридцать лет жизни Эйнштейна, критиковавшего копенгагенскую интерпретацию и пытавшегося усмирить квантового демона, считали маргиналом. Теперь Эйнштейн частично реабилитирован. Его поединок с Бором не имел ничего общего с борьбой за уравнения и решения, полученные с помощью аппарата квантовой механики. Что означает квантовая механика? Что она говорит о природе реальности? Этих людей разделяли ответы на подобные вопросы. Эйнштейн никогда не предлагал собственную интерпретацию. Он не пытался облечь свои философские взгляды в форму физической теории. Вместо этого, основываясь на вере в независящую от наблюдателя реальность, он пытался дать оценку квантовой механике и построить такую теорию, которая удовлетворяла бы его самого.
Еще в декабре 1900 года классическая физика отводила каждому явлению определенную ячейку, и почти все ей удалось расставить по местам. Затем Макс Планк неожиданно столкнулся с квантом, и физики все еще стараются свыкнуться с ним. Эйнштейн говорил, что пятьдесят долгих лет “мозгового штурма” ни на шаг не приблизили его к пониманию того, что такое квант39. Он продолжал свои попытки до конца, находя утешение в словах Готхольда Эфраима Лессинга: “Поиск истины значительно ценнее обладания ею”40.
