Джон Гриббин – В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность (страница 41)

Рис. 9.23. Протон, антинейтрон и пион могут появляться из ничего в качестве вакуумной флуктуации на короткое время перед аннигиляцией (А). Такое же взаимодействие можно представить в качестве петли времени, в которой протон и нейтрон преследуют друг друга в вихре времени, связанные пионом (В). Оба представления одинаково верны.

Рис. 9.24. Точно так же протон может преследовать во времени свой хвост.

Таким образом, в отличие от мысленного эксперимента ЭПР, эксперимент с котом в ящике действительно имеет некоторый оттенок парадокса. Невозможно смириться со строгой Копенгагенской интерпретацией, не приняв «реальность» живого-мертвого кота, и это подвигло Вигнера и Джона Уилера рассмотреть возможность того, что из-за бесконечной регрессии причины и следствия вся Вселенная может быть обязана своим «реальным» существованием исключительно тому факту, что ее наблюдают разумные существа. Самая парадоксальная из всех свойственных для квантовой теории особенностей является прямым последствием эксперимента с котом Шрёдингера и основывается на том, что Уилер назвал экспериментом с отложенным выбором.

Соучастная Вселенная

На протяжении четырех десятилетий Уилер написал много тысяч слов во множестве разных публикаций, рассуждая о значении квантовой теории 57. Возможно, самое ясное описание его понятия «соучастной Вселенной» содержится в его тексте, включенном в сборник «Некоторая странность пропорций» (под редакцией Гарри Вульфа), куда вошли работы, подготовленные для симпозиума в честь столетия со дня рождения Эйнштейна. В этом сборнике (в главе 22) он рассказывает историю о том, как однажды за ужином играл в двадцать вопросов. Когда настала его очередь выйти из комнаты, чтобы оставшиеся в ней могли сговориться, каким предметом станет «это», его не пускали обратно «невероятно долго», а это было верным признаком того, что противники либо выбирали особенно сложное слово, либо задумывали какую-то проказу. По возвращении он обнаружил, что сначала каждый из гостей по очереди быстро отвечал на вопросы вроде «Это животное?» и «Это зеленое?», но постепенно на ответ требовалось все больше времени. Это было довольно странно, учитывая, что вся компания должна была сговориться о загаданном предмете, а ответить требовалось лишь «Да» или «Нет». Зачем человеку так сильно задумываться, прежде чем дать простой ответ? Наконец у Уилера остался только один вопрос, и он угадал: «Это облако?» Вслед за ответом «да» раздался взрыв смеха, и ученого посвятили в тайну.

Гости сговорились не выбирать конкретный предмет, который необходимо угадать. Вместо этого каждый должен был отвечать на вопросы, думая о каком-нибудь настоящем

Он родился в 1911 году и был как раз в том возрасте, чтобы в должной мере воспринять влияние открытий, совершенных в 1920-х. Последующие поколения слишком стремились принять квантовую теорию в качестве истинной мудрости и использовать квантовую кулинарную книгу как принятые правила игры; а более раннее поколение, чувствуя облегчение от того, что была найдена стройная теория, и ощущая естественные эффекты старения, уже не обладало необходимой для первооткрывателей напористостью. Поколение Уилера и Фейнмана не могло избежать того, чтобы стать именно тем поколением, которое подверглось самой глубокой переоценке ценностей в поисках смысла всего этого, включив в свои ряды и Эйнштейна, который, как всегда, был исключением.

предмете, который пришел ему в голову и который подходил под ответы, данные ранее. По мере продвижения игры для отвечающего она становилась столь же сложной, как и для отгадывающего.

Как это связано с квантовой теорией? Как и в случае с нашей идеей о том, что реальный мир существует, пока мы на него не смотрим, Уилер предполагал, что существует реальный предмет, который он пытался угадать. Но его не было. Реальными были только ответы на его вопросы - ив квантовом мире мы знаем только результаты экспериментов. Облако было в некотором роде создано самими вопросами - точно так же электрон создается в процессе экспериментальных проб. История подчеркивает фундаментальную аксиому квантовой теории, которая заключается в том, что ни один элементарный феномен не является феноменом, пока он не станет запротоколированным феноменом. И процесс протоколирования может играть странные шутки с нашим обычным представлением о реальности.

Чтобы обосновать свое мнение, Уилер предложил еще один мысленный эксперимент, вариацию опыта с двумя прорезями. В этой версии игры две прорези совмещены с линзой, которая фокусирует свет, проходящий сквозь систему, а стандартный экран заменен другой линзой, которая может заставлять фотоны, проходящие через любую из двух прорезей, отклоняться в сторону. Проходящий через одну из прорезей фотон проходит сквозь второй экран и отклоняется второй линзой в сторону детектора, расположенного слева, а проходящий через другую прорезь фотон отправляется на детектор, расположенный справа. При таких условиях эксперимента мы знаем, какой из фотонов через какую прорезь прошел, с той же долей уверенности, с какой мы знаем это, наблюдая за обеими прорезями во время прохождения фотона. Как и в этом случае, если мы позволим проходить через аппарат одному фотону зараз, мы безошибочно определим тот путь, по которому он следует, причем интерференции не будет, так как не будет и суперпозиции состояний.

Теперь давайте снова изменим аппарат. Покроем вторую линзу фотографической пленкой, расположенной полосами, как жалюзи. Полоски можно закрыть, чтобы создать сплошной экран, тем самым не позволяя фотонам пройти сквозь линзу и отклониться с пути.

Или же полоски можно раскрыть, позволив фотонам проходить сквозь линзу, как и раньше. Когда полоски закрыты, фотоны оседают на экране, как в классическом эксперименте с двумя прорезями. У нас нет возможности сказать, сквозь какую из прорезей прошел каждый из фотонов, и при этом мы наблюдаем интерференционную картину, словно каждый отдельный фотон прошел одновременно сквозь обе прорези. И здесь проявляется трюк. С такими условиями нам не приходится решать, открывать или закрывать полоски, пока фотон не пройдет сквозь две прорези. Мы можем подождать, пока фотон пройдет сквозь прорези, и тогда решить, создать ли эксперимент, в котором он прошел только сквозь одну прорезь или сквозь «обе одновременно». В этом эксперименте с отложенным выбором наши действия в настоящем оказывают неотвратимое влияние на то, что мы можем сказать о прошлом. История - по крайней мере, для одного фотона - зависит от того, как мы решим проводить измерения.

Философы долгое время обдумывали тот факт, что история не имеет значения - а прошлое не существует - в виде, отличном от того, как она записана в современности. Эксперимент Уилера с отложенным выбором облекает эту абстрактную идею в конкретные, практические рамки. «У нас не больше права объяснять, „что делает фотон“, пока он не запротоколирован, чем права сказать, „какое слово в комнате“, пока не завершена игра в вопросы и ответы» (Некоторая странность... с. 358).

Как далеко может зайти эта идея? Довольные квантовые повара, собирающие компьютеры и манипулирующие генетическим материалом, скажут вам, что все это лишь философские спекуляции, которые ничего не значат в обычном, макроскопическом мире. Но весь макроскопический мир построен из частиц, которые подчиняются квантовым законам. Все, что мы называем реальным, состоит из кусочков, которые не могут считаться реальными. «Разве есть у нас какой-нибудь иной выбор, кроме как сказать, что в некотором роде, который еще только предстоит открыть, все они должны покоиться на статистике миллиардов и миллиардов таких актов участия наблюдателя?»

Не боясь сделать огромный интуитивный скачок (достаточно вспомнить его представление о единичном электроне, пробивающемся сквозь пространство и время), Уилер пошел дальше и представил всю Вселенную в качестве соучастного, самовозбуждающегося цикла. Начиная с Большого взрыва Вселенная расширяется и охлаждается; спустя тысячи миллионов лет она создает существ, способных наблюдать Вселенную, и «действует с участием наблюдателя - с помощью механизма эксперимента с отложенным выбором, - давая в свою очередь материальную „реальности Вселенной - и не только сейчас, а с самого начала». Наблюдая фотоны фонового космического излучения, эхо Большого взрыва, мы, возможно, создаем Большой взрыв и Вселенную. Если Уилер прав, Фейнман был даже ближе к истине, чем думал, сказав, что в эксперименте с двумя прорезями «есть только одна загадка».

а ^

Рис. 9.25. Эксперимент Уилера с отложенным выбором и двумя прорезями (см. текст).

Рис. 9.26. Всю Вселенную можно представить в качестве эксперимента с отложенным выбором, в котором существование наблюдателей, замечающих, что происходит, склоняет материальную реальность к происхождению всего.

Вслед за Уилером мы погрузились в царство метафизики, и я предполагаю, что многие читатели сейчас думают: раз все это покоится на гипотетических мысленных экспериментах, можно играть по каким угодно правилам и придерживаться любой интерпретации. Чтобы обосновать наше суждение о лучшей интерпретации из ряда открытых нам метафизических вариантов, нам нужно конкретное свидетельство, полученное в реальных экспериментах. Именно такое конкретное свидетельство в начале 1980-х и получил в результате своего опыта Аспе, доказав тем самым, что квантовая странность не только реальна, но также наблюдаема и измерима.