Читать книгу - "Мысли о мыслящем - Константин Валерьевич Захаров"

опыт указывает на то, что так должно быть (например, при простейшем механическом взаимодействии двух предметов, то есть их столкновении или только соприкосновении, — по образу которого мы мыслим любое взаимодействие — происходит взаимная деформация, пусть даже кратковременная и микроскопическая). А как быть с известным вопросом Эйнштейна: если мышь смотрит на Вселенную, изменяется ли от этого состояние Вселенной? Очевидно, ответ на него должен быть положительным — хотя бы потому, что поток фотонов, взаимодействующий с роговицей глаза мыши, определенным образом изменяется (Эйнштейн, разумеется, имел в виду изменения другого масштаба; но для нас здесь важен сам характер явления, а не то, как оно влияет на математические расчеты).

С позиции квантовой теории все обстоит еще удивительней. Согласно классической копенгагенской интерпретации квантовой механики, измеряемые свойства квантовых объектов неопределённы до их измерения (наблюдения). Отсюда знаменитый парадокс «кота Шрёдингера», который и жив и мертв одновременно, пока наблюдателем не установлено состояние квантовомеханической системы, частью которой он является по условиям мысленного эксперимента[41]. Выходит, что Вселенная, в которой нет наблюдателей, на которую никто не смотрит, как бы и не существует (так кот Шрёдингера «съел» мышь Эйнштейна). Тут открывается простор для самых смелых предположений: от необходимости Бога, выступающего в качестве наблюдателя (прошли времена Лапласа, гордо заявлявшего, что не нуждается в подобной гипотезе!), до многомировой концепции Эверетта, утверждающей, что все возможные квантовые альтернативы реально сосуществуют.

Впрочем, возможна и менее эксцентричная трактовка квантовой механики, в которой функция наблюдения не несет в себе ничего мистического и сводится к взаимодействию измеряющих приборов с измеряемым квантовым объектом, в ходе которого последний проявляет себя определенным образом. То есть мы фактически фиксируем не свойства самого объекта, а свойства его взаимодействия со средствами измерения. Собственно, и отцы квантовой теории не стремились преувеличивать роль сознания наблюдателя. Гейзенберг писал: «Конечно, не следует понимать введение наблюдателя неправильно, в смысле внесения в описание природы каких-то субъективных черт. Наблюдатель выполняет скорее функции регистрирующего “устройства”, то есть регистрирует процессы в пространстве и времени; причем дело не в том, является ли наблюдатель аппаратом или живым существом; но регистрация, то есть переход от возможного к действительному, в данном случае, безусловно, необходима и не может быть исключена из интерпретации квантовой теории»[42]. В случае квантовых объектов регистрирующие устройства перестают действовать «классическим» образом и начинают оказывать заметное влияние на регистрируемые объекты. Как подчеркивал Нильс Бор, «поведение атомных объектов невозможно резко отграничить от их взаимодействия с измерительными приборами, фиксирующими условия, при которых происходят явления»[43].

Квантовая теория описывает не сами квантовые объекты, а результаты выполняемых над ними измерений. Но даже если мы учтем это обстоятельство, поведение таких объектов все равно выглядит странным с привычной точки зрения: «…в собственно квантовых процессах мы встречаем закономерности, совершенно чуждые механистическому пониманию природы и не поддающиеся наглядному детерминистическому описанию»[44]. По мнению Бора, это происходит по причине «непригодности классической системы представлений для передачи своеобразных черт неделимости или “индивидуальности”, характеризующих элементарные процессы»[45].

Рассмотрим известный эксперимент с прохождением одиночных электронов через двухщелевую пластину. При этом на детекторном экране возникает картина чередующихся светлых и темных полос, похожая на иллюстрацию интерференции волн. Однако каждый отдельный электрон оставляет на экране точечный след, а интерференционная картина появляется лишь как статистический результат попадания на экран множества частиц. Если в щелях пластины установить детекторы, то выяснится, что электрон всегда проходит через одну щель, а не через обе сразу, как волна. Шрёдингер (вслед за Максом Борном) предложил этим явлениям такое объяснение: «Волны, о которых мы говорили, не должны считаться реальными волнами. Верно, что они порождают интерференционные явления, которые в случае света, где они уже давно известны, считались решающим доказательством, устранившим любые сомнения в реальности световых волн. Тем не менее, мы теперь говорим, что все волны, включая световые, лучше рассматривать как “волны вероятности”. Они являются лишь математическим построением для вычисления вероятности нахождения частицы…»[46]. Таким образом, необходимо признать то, чего никак не хотел признавать Эйнштейн: принципиально вероятностный характер поведения квантовых объектов. Зная текущее состояние квантового объекта, мы можем предсказать лишь вероятности его возможных последующих состояний, определяемые волновой функцией (наложение которых, собственно, и дает интерференционную картину в двухщелевом опыте). Похоже, это означает, что мы достигли предела доступного для нас погружения в микромир, обнаружив там бесструктурные частицы, закономерности поведения которых можно описывать лишь статистически, не надеясь когда-нибудь найти некие «скрытые параметры», позволяющие перейти к полностью детерминистскому описанию. Так что пресловутое выражение о «свободе воли электрона», по-видимому, имеет под собой реальное основание.

Но этим дело не ограничивается. Как показали опыты по проверке неравенств Белла, существует эффект квантовой нелокальности, проявляющийся в том, что регистрируемые параметры взаимосвязанных («спутанных»[47]) квантовых объектов принимают значения согласованно и одномоментно вне зависимости от расстояния между объектами. Чем можно объяснить этот феномен? Считается, что передача информации между объектами со скоростью, превышающей скорость света, невозможна. Была выдвинута не менее фантастичная гипотеза о том, что эта передача происходит благодаря обратно направленным во времени сигналам, то есть перемещениям в прошлое. Последующие эксперименты по типу «квантового ластика» с отложенным выбором, если верить некоторым публикациям в прессе, говорят в пользу этой гипотезы. Вместе с тем известный физик-экспериментатор Антон Цайлингер и его соавторы в относительно недавно опубликованной работе указывают на следующее: «Общей чертой экспериментов с отложенным выбором является то, что квантовые эффекты могут демонстрировать влияние будущих действий на прошлые события. Однако никакого парадокса не возникает, если квантовое состояние рассматривается только как “каталог нашего знания” (Schrödinger, 1935) без привлечения какого-либо описания на основе скрытых параметров. Тогда это состояние представляет собой набор вероятностей всех возможных результатов измерений, а не реальный физический объект. Относительный временной порядок измерений не важен, и никакие физические взаимодействия или сигналы, направленные в прошлое, не требуются для объяснения результатов экспериментов»[48].

Для объяснения явлений квантовой нелокальности можно принять другое предположение, которое, кажется, будет лучше соответствовать наблюдаемой картине мира: о дальнодействии между квантовыми объектами.

В сущности, дальнодействие ничуть не невероятней, чем близкодействие. Точнее, и то и другое одинаково труднопредставимо. Автор первого в СССР курса теоретической физики Я. И. Френкель о понятии близкодействия высказался так (этот текст интересен и как пример философского рассуждения физика): «…если рассматривать процесс передачи действия от одного тела к другому с микроскопической точки зрения, с точки зрения молекулярного строения тела, то то, что мы воспринимаем как близкодействие,