Читать книгу "Космос Эйнштейна. Как открытия Альберта Эйнштейна изменили наши представления о пространстве и времени - Митио Каку"

Сегодня признается, что из всех альтернативных вариантов копенгагенская школа Бора предлагает наименее привлекательный ответ на проблему кота, хотя до сих пор никаких экспериментальных отклонений от первоначальной боровской интерпретации не обнаружено. Копенгагенская школа постулирует существование «стены», отделяющей повседневный макроскопический мир деревьев, гор и людей, который мы видим вокруг себя, от загадочного контринтуитивного микроскопического мира квантов и волн. В микроскопическом мире элементарные частицы существуют в промежуточном состоянии между бытием и небытием. Однако мы живем по другую сторону стены, где все волновые функции уже схлопнулись, поэтому наша макроскопическая вселенная кажется нам стабильной и вполне определенной. Иными словами, наблюдателя от наблюдаемого объекта «отделяет стена».

Некоторые физики, включая нобелевского лауреата Юджина Вигнера, пошли еще дальше. Ключевой элемент наблюдения, подчеркивал Вигнер, – это сознание. Чтобы провести наблюдение и определить реальность кота, необходим наделенный сознанием наблюдатель. Но кто наблюдает за наблюдателем? Наблюдателю тоже необходим свой наблюдатель (именуемый «другом Вигнера»), который определил бы, что наблюдатель жив. Но это подразумевает существование бесконечной цепочки наблюдателей, каждый из которых наблюдает за соседом и определяет, что предыдущий наблюдатель жив и здоров. Для Вигнера это означало, что где-то существует, возможно, некое космическое сознание, определяющее природу самой Вселенной! Он писал: «Само изучение внешнего мира привело к выводу о том, что содержимое сознания и есть конечная реальность». Кое-кто утверждал в связи с этим, что это доказывает существование Бога, некоего космического сознания, или то, что сама Вселенная каким-то образом обладает сознанием. Как сказал однажды Планк, «наука не в состоянии разрешить конечную загадку Природы. А все потому, что в конечном итоге мы сами являемся частью загадки, которую пытаемся разрешить».

За прошедшие десятилетия были предложены и другие интерпретации. В 1957 г. Хью Эверетт, в то время аспирант физика Джона Уилера, предложил, возможно, самое радикальное решение проблемы кота – «многомировую» теорию, согласно которой все возможные вселенные существуют одновременно. Кот в самом деле может быть мертвым и живым одновременно, потому что сама Вселенная расщепилась надвое. Следствия из этой идеи, откровенно говоря, неуютны, поскольку при этом подразумевается, что вселенная постоянно, каждое квантовое мгновение раздваивается, образуя бесконечное число квантовых вселенных. Сам Уилер, поначалу горячо поддержавший идею своего студента, позже отказался от нее, заявив, что с таким подходом связано слишком много «метафизического багажа». Представьте, к примеру, космический луч, пронзающий в подходящий момент чрево матери Уинстона Черчилля и вызывающий выкидыш. Таким образом, одно квантовое событие отделяет нас от вселенной, в которой Черчилль, способный поднять народ Англии и всего мира на борьбу с убийственными силами Адольфа Гитлера, попросту не родился. В той параллельной вселенной нацисты, возможно, выиграли Вторую мировую войну и поработили значительную часть мира. Или представьте себе мир, где солнечный ветер, запускаемый квантовыми событиями, сбил с пути ту комету или метеорит, который 65 млн лет назад угодил в мексиканский полуостров Юкатан и стер с лица Земли динозавров. В той параллельной вселенной человек не появился вовсе и Манхэттен, где я сейчас живу, населен неистовыми динозаврами.

Голова идет кругом при мысли о всех возможных вселенных. После нескольких десятилетий бесплодных споров о разных интерпретациях квантовой теории в 1965 г. физик Джон Белл из ядерной лаборатории CERN в Женеве (Швейцария) проанализировал эксперимент, способный, по идее, решающим образом доказать или опровергнуть эйнштейнову критику квантовой теории. Придумал этакую своеобразную лакмусовую бумажку[28]. Сам он симпатизировал глубоким философским вопросам, которые поднимал в свое время Эйнштейн, потому и предложил теорему, которая должна была наконец решить этот вопрос. Первый убедительный эксперимент такого рода осуществил в 1983 г. Ален Аспе в Парижском университете, и его результаты подтвердили квантово-механическую точку зрения. Эйнштейн в своей критике квантовой теории был неправ.

Но если критику Эйнштейном квантовой теории можно смело отбросить, то какая из различных квантово-механических школ правильно видит мир? Большинство физиков сегодня считает, что копенгагенская интерпретация удручающе неполна. Стена, отделяющая, по мнению Бора, микроскопический мир от макроскопического, в наше время, когда ученые в состоянии манипулировать отдельными атомами, выглядит неубедительно. Более того, сканирующий туннельный микроскоп способен перемещать отдельные атомы; с его помощью из атомов было составлено название фирмы IBM и построены работающие счеты. Вообще, на базе манипуляций с атомами создана новая технологическая область, получившая название «нанотехнологии». Эксперименты, подобные мысленному опыту Шрёдингера с котом, теперь можно проводить на отдельных атомах.

Несмотря на это, удовлетворяющего всех физиков решения проблемы с котом до сих пор не существует. Однако почти через 80 лет после памятного столкновения Бора и Эйнштейна на Сольвеевском конгрессе некоторые ведущие физики, включая и нескольких нобелевских лауреатов, сошлись на том, что решить эту проблему поможет идея декогеренции. Декогеренция начинается с того, что волновая функция кота весьма сложна, поскольку в его теле содержится порядка 1025 атомов – число воистину астрономическое. Поэтому наблюдается интенсивная интерференция между волновыми функциями живого и мертвого кота. Это означает, что эти две волновые функции могут сосуществовать одновременно в одном и том же пространстве, но не в состоянии влиять друг на друга. Две волновые функции «декогерированы» друг от друга и больше «не чувствуют» присутствия друг друга. Согласно одной из версий декогеренции, волновые функции никогда не схлопываются, как утверждал Бор. Они просто разделяются и никогда больше не взаимодействуют.

Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнивает это со слушанием радио. Поворачивая ручку, мы можем успешно настроиться на множество радиостанций. Каждая частота декогерирована с остальными, поэтому интерференции между станциями не существует. Любая комната в любом доме наполнена одновременно сигналами от всех радиостанций, причем каждый сигнал несет массу информации; тем не менее эти сигналы не взаимодействуют друг с другом. Да и радиоприемник настраивается лишь на одну из станций.

Декогеренция кажется привлекательной, поскольку означает, что исходную волновую теорию можно использовать для разрешения проблемы кота, не прибегая к «коллапсу» волновой функции. В этой картине волновые функции никогда не схлопываются. Однако логические выводы, которые можно при этом сделать, настораживают. В конечном итоге декогеренция подразумевает «множественность миров». Но вместо радиостанций, сигналы которых не интерферируют, здесь мы получаем целые вселенные, которые не взаимодействуют между собой. Может показаться странным, но это означает, что, пока вы сидите в своей комнате и читаете эту книгу, одновременно с вами существуют волновые функции параллельных миров, где нацисты выиграли Вторую мировую войну, где люди говорят на странных несуществующих языках, где динозавры не вымерли и дерутся в настоящий момент на месте вашей гостиной, где по Земле разгуливают космические пришельцы или где Земли вообще никогда не существовало. Наше «радио» настроено только на знакомый мир, в котором мы живем, но здесь же, в этой же комнате, существуют другие «радиостанции», где безумные и нелепые миры сосуществуют с нашим. Мы не можем взаимодействовать с этими динозаврами, монстрами и инопланетянами, гуляющими по нашим гостиным, потому что живем на другой «радиочастоте» и когда-то декогерировали с ними. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман однажды сказал: «Мне кажется, я спокойно могу сказать, что квантовую механику не понимает никто».