Карло Ровелли – Гельголанд. Красивая и странная квантовая физика (страница 11)

Мир – это сеть таких взаимодействий. Отношений, которые устанавливаются, когда объекты взаимодействуют друг с другом. Камень сталкивается с другим камнем, солнечный свет падает на мою кожу, ты, мой дорогой читатель, читаешь эти строки.

И получается «разжиженный» мир, где нет независимых сущностей с определенными свойствами, а только сущности, свойства у которых бывают исключительно по отношению к другим сущностям и только когда они с ними взаимодействуют. У камня самого по себе не бывает положения – положение есть только по отношению к другому камню. У неба самого по себе нет цвета – цвет есть только по отношению к моему глазу, который на это небо смотрит. Звезда сияет в небе не как независимая сущность, а как один из узлов в сети взаимодействий, образующих галактику, в которой эта звезда расположена…

Таким образом, квантовый мир более разреженный, чем мир старой физики, и состоит из одних лишь взаимодействий, происшествий, отдельных событий, и между ними нет непрерывности. Этот мир тонкий, как буранское кружево. Любое взаимодействие представляет собой событие, и реальность состоит именно из этих легких и эфемерных событий, а не из массивных объектов, нагруженных абсолютными свойствами, которые в нашей философии считались основой событий.

Жизнь электрона – это не линия в пространстве, а пунктир из проявлений событий, происходящих тут и там при взаимодействии частицы с другими объектами. Событий точечных, отрывочных, вероятностных и относительных.

Вот как Энтони Агирре описывает следующие из этого выводы и смятение в своей книге «Космологические коаны»: «Мы делим вещи, дробим их на все более и более мелкие части, но затем, когда мы их исследуем, оказывается, что их нет. Есть только упорядоченные структуры из них. Тогда чем же являются такие вещи, как лодка, или ее парус, или ваши ногти? Что они собой представляют? Если вещи – это формы форм, которые сами формы форм, и если формы – это порядок, а порядок определяется нами (описывающими макросостояния), историей (актуализирующей их) и Вселенной (являющейся фундаментом порядка), тогда, как кажется, эти формы сами по себе не существуют. Складывается впечатление, что они существуют только как созданные и связанные с нами и со Вселенной. Они, как сказал бы Будда, – пустота»⁵⁷.

Привычная нам твердая непрерывность мира совершенно не отражает реальное положение вещей – это просто результат нашего макроскопического восприятия. Лампочка не светит непрерывно, а излучает плотный поток мельчайших мимолетных фотонов. На малых масштабах в реальном мире нет никакой непрерывности и никакого постоянства – одни лишь дискретные события и редкие и дискретные взаимодействия.

Шредингер, словно лев, бился с отсутствием в квантовой теории непрерывности, с боровскими квантовыми переходами, с миром гейзенберговских матриц. Он хотел защитить классическое представление о непрерывной реальности. Но в конце концов, спустя десятилетия после споров 20-х, капитулировал и он, признав свое поражение. Слова Шредингера, следующие за приведенной выше цитатой («Это было время… когда создатели волновой механики [то есть Шредингер] тешили себя иллюзией, что им удалось исключить из квантовой теории дискретность…»), ясные и определенные:

«…Лучше считать частицу не перманентным существом, а мгновенным событием. Иногда эти события образуют цепочки, которые создают иллюзию перманентных существ – но только в определенных обстоятельствах и на протяжении чрезвычайно коротких периодов времени в каждом конкретном случае»⁵⁸.

Что же тогда представляет собой волновая функция ψ? Это просто мера вероятности, по которой можно судить, произойдет ли по отношению к нам очередное событие⁵⁹. Это величина, зависящая от точки зрения: у объекта не одна волновая функция ψ – у него разные волновые функции по отношению к разным другим объектам, с которыми взаимодействовал. События, происходящие не по отношению к нам, а по отношению к другим, не влияют на вероятность событий, которые в будущем произойдут по отношению к нам[4].

Следовательно, квантовое состояние, описываемое функцией ψ, всегда относительно⁶⁰.

Рассмотренные в предыдущей главе интерпретации со множественными мирами и со скрытыми переменными неизменно стремились «наполнить» мир дополнительными реальностями сверх наблюдаемых с тем, чтобы восстановить «полноту» классического мира и избавиться от квантовой неопределенности. Платой за это оказался мир, полный невидимок. А при реляционном подходе теория принимается такой, какая она есть, – в конце концов, это лучшая из имеющихся у нас теорий – с ее «разжиженным» представлением о мире и со всей ее неопределенностью[5], как в кубизме.

Но в отличие от кубизма, речь идет обо всем мире, а не об информации о том или ином субъекте, как если бы он находился вне природы.

Следует признать необходимость изменения самой грамматики нашего понимания реальности, подобно тому, как Анаксимандр понял форму Земли, изменив грамматику понятий «верх» и «низ»⁶¹. Объекты описываются переменными, которые принимают значения при взаимодействии, и эти значения переменных определяются только по отношению ко взаимодействующим объектам, и никаким другим. Объект – это что-то, ничто и сто тысяч.

Мир дробится через разные точки зрения, из-за которых невозможен единый взгляд на него. Это мир перспектив, проявлений, а не мир сущностей с определенными свойствами и не мир однозначных фактов. Свойства «живут» не в объектах – это точки между объектами. Объекты таковы лишь в определенном контексте, то есть только по отношению к другим объектам, – это опоры, к которым крепятся мосты. Мир – это игра перспектив, подобная игре отражений, которые существуют только друг в друге.

На малых масштабах мы имеем этот странный легкий мир, где переменные относительны, а будущее не определяется настоящим. Этот призрачный квантовый мир и есть наш мир.

IV

Сеть отношений, из которых соткана реальность.

Где обсуждается, как вещи общаются между собой

1. Запутанность

В предыдущей главе я говорил о главном аспекте квантовой механики: свойства вещей относительны и существуют по отношению к другим вещам и реализуются во взаимодействиях. Здесь я описываю явление, которое лучше всего демонстрирует эту взаимозависимость вещей. Это тонкое, завораживающее явление, для многих предмет мечтаний – квантовая «запутанность».

Очень странное явление, еще сильнее отдаляющее нас от старого мира. Как отметил Шредингер, это самая настоящая характерная особенность квантовой механики. Но это также и общее явление, из которого сплетается сама конструкция реальности. Именно в нем проявляются самые невероятные аспекты реальности, выявленные благодаря квантовой механике.

Называется оно словом «запутанность» – так переводится английский термин «entanglement». Запутанность – это ситуация, в которой оказываются две сущности, тем или иным образом спутавшиеся друг с другом, в буквальном или переносном смысле. Связь, переплетение, соучастие, сплетение, хитросплетение, романтические отношения…

В квантовой физике запутанностью называют явление, при котором два взаимно удаленных объекта, например ранее встречавшиеся частицы, сохраняют своеобразную странную связь, как если бы могли продолжать разговаривать друг с другом. Подобно двум влюбленным в разлуке, угадывающим мысли друг друга. Образно выражаясь, остаются соединенными. Это хорошо подтвержденное в лабораторных условиях явление. Китайским ученым недавно удалось удержать во взаимно запутанном состоянии два фотона на расстоянии нескольких тысяч километров друг от друга⁶².

Посмотрим, о чем же идет речь.

Прежде всего, два запутанных фотона обладают связанными свойствами – если один красный, то и другой тоже красный, если один голубой, то и другой голубой. Пока что ничего странного. Если разделить пару перчаток и одну перчатку из них отправить в Вену, а другую – в Пекин, то прибывшая в Вену перчатка будет того же самого цвета, что прибывшая в Пекин. Они взаимосвязаны.

Странности возникают, когда пара фотонов, один из которых отправился в Вену, а другой – в Пекин, находятся в состоянии квантовой суперпозиции. Например, это может быть суперпозиция состояния, в котором оба фотона красные, и состояния, в котором оба фотона голубые. В момент наблюдения каждый из фотонов может оказаться как красным, так и голубым, но если один оказывается красным, то второй – удаленный от него – тоже окажется того же цвета.

Поразительно тут вот что: если любой из двух фотонов может оказаться как красным, так и голубым, как получается, что они оба всегда одного цвета? По теории, пока на него не взглянут, ни один из двух фотонов не является определенно ни красным, ни голубым. Цвет определяется случайным образом и только в момент, когда мы смотрим на фотон. Но если так, то каким образом цвет, случайным образом проявившийся в Вене, совпадает с цветом, случайным же образом проявившимся в Пекине? Если подбросить монетку в Вене и в Пекине, то результаты будут совершенно независимыми и никак не скоррелированными – не бывает так, чтобы всякий раз, когда в Вене выпадает орел, в Пекине тоже выпадает орел.

По-видимому, возможных объяснения всего два. Одно состоит в том, что сигнал с информацией о цвете фотона очень быстро приходит от одного фотона к другому, то есть стоит одному фотону решить стать голубым или красным, как он тут же сообщает об этом своему удаленному собрату. Второе, более разумное, объяснение состоит в том, что цвет на самом деле определен уже в момент разделения фотонов – как в случае с перчатками – даже если мы об этом не знали (Эйнштейн представлял себе что-то подобное).