Карло Ровелли – Гельголанд. Красивая и странная квантовая физика (страница 9)

Термин «кубизм» происходит от слова «кубит», означающего единицу информации квантового компьютера.

Идея состоит в том, что волновая функция ψ – это просто имеющаяся в нашем распоряжении информация о мире и что физика описывает не мир, а то, что мы о нем знаем. Она описывает имеющуюся в нашем распоряжении информацию о мире.

Когда мы выполняем измерение, то объем информации увеличивается, и поэтому при измерении волновая функция ψ изменяется: не потому, что нечто происходит во внешнем мире, а просто поскольку изменяется имеющаяся в нашем распоряжении информация о нем. Если мы взглянем на барометр, то наш прогноз погоды изменится – не потому, что внезапно что-то изменится в небе, а потому, что мы в это мгновение узнаем нечто, до этого нам неизвестное.

Термин «кубизм» – это также игра слов, намек на кубизм Брака и Пикассо (стиль в живописи, который сформировался в Европе в эпоху, когда достигла зрелости квантовая теория). Кубизм и квантовая теория исходят из образного представления о мире. Картины кубистов зачастую представляют собой наложение несовместимых изображений предмета или человека с разных ракурсов. Точно так же, как в квантовой механике допускается возможность наличия взамоисключающих свойств у одного и того же физического объекта (немного погодя мы обсудим эту идею поподробнее).

В первые десятилетия ХХ века общим местом во всей европейской культуре стало осознание невозможности простого и полного описания мира. В Италии в период между 1909 и 1925 годами, когда зародилась квантовая механика, Пиранделло написал роман «Кто-то, никто и сто тысяч», в котором говорит о дроблении реальности, воспринимаемой с точки зрения разных наблюдателей.

Кубизм отвергает возможность реалистичного представления о мире сверх того, что мы видим или что дают нам измерения. Эта теория оперирует исключительно тем, что видит агент. Недопустимо говорить что-либо о коте или фотоне, когда мы на них не смотрим.

Слабое место кубизма – это его утилитаристский подход к науке. Цель науки не только в том, чтобы делать предсказания. Она должна также давать представление о реальности, концептуальные рамки для понимания вещей. Именно в этом стремлении сила научного мышления. Если бы целью науки было делать предсказания, то Коперник ничего не открыл по сравнению с тем, что было известно Птолемею: его астрономические предсказания были не лучше птолемеевских. Но Коперник нашел ключ к переосмыслению и лучшему пониманию всего.

Есть еще один момент, и это краеугольный камень всей дискуссии: кубизм привязывает реальность к сознающему субъекту, к мыслящему «я», который всегда находится вне природы. Кубизм не видит наблюдателя частью мира, а наоборот, изучает мир как отражение в сознании наблюдателя. Эта теория отвергает подлинный материализм, скатываясь в крайний идеализм⁵². Важнейший момент состоит в том, что и сам наблюдатель может оказаться объектом наблюдения. У нас нет оснований сомневаться в том, что любой реальный наблюдатель также описывается квантовой теорией.

Если я наблюдаю наблюдателя, то могу видеть и то, чего сам наблюдатель не видит. Отсюда по аналогии разумно заключить, что есть то, чего и я как наблюдатель не вижу. Следовательно, сущее больше того, что я способен наблюдать, и мир существует, даже когда я его не наблюдаю. Мне нужна теория, объясняющая, как устроена Вселенная и что представляет собой наблюдатель внутри Вселенной, а не теория, в которой Вселенная зависит от наблюдающего ее меня.

В конце концов, все перечисленные в этой главе интерпретации квантовой механики всего лишь возвращают нас к спору Шредингера и Гейзенберга – спору между «волновой механикой», стремящейся любой ценой избежать неопределенности мира, и радикальным сальто «детской физики», которая ставит все в слишком уж большую зависимость от существования «наблюдающего» субъекта. В этой главе мы ознакомились со множеством забавных идей, но, в сущности, никак не продвинулись вперед.

Кто же этот познающий субъект, обладающий информацией? Что представляет собой имеющаяся в его распоряжении информация? Что представляет собой наблюдающий субъект? Он что, неподвластен законам природы или также описывается ими? Он вне природы или часть природного мира? Если он часть природы, то зачем рассматривать его особым образом?

И эта очередная формулировка поднятых Гейзенбергом вопросов: «Что характеризует наблюдение? Что такое наблюдатель?» – приводит нас в итоге к отношениям.

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.