даментальные проблемы[713]. На повестке дня актуальная тема – приспособить некоторые из существующих интерпретаций квантовой теории, такие как интерпретация на основе волны-пилота, для работы в рамках КТП[714]. (Другие интерпретации, например многомировая, легко вписываются в КТП, что, пожалуй, говорит в их пользу.)
В области основ квантовых принципов есть еще великое множество других увлекательных идей и интригующих нерешенных вопросов. Несмотря на десятилетия пренебрежения и безразличия, в течение которых она оставалась на периферии физики, наука об основах квантовых принципов крепнет и развивается. И будь Джон Белл жив, он удивился бы и порадовался сделанному им.
Итак, что же реально? Волны-пилоты? Множественные вселенные? Спонтанный коллапс? Какая из интерпретаций квантовой физики верна? Я не знаю. У каждой из них есть свои критики (хотя все, кто предлагает интерпретации, отличные от копенгагенской, обычно соглашаются, что эта последняя хуже всех). Так или иначе, математический аппарат квантовой физики постоянно развивается. И верная интерпретация, конечно, есть, хотя, быть может, ни одна из тех, что мы имеем сегодня, ею не является. Просто-напросто отбросить мысль о реальности квантового мира, считать его лишь удобной математической фикцией – значит отказаться принимать всерьез нашу лучшую физическую теорию. Поэтому мы и погружены в мучительно трудный процесс поиска нового подхода. Утверждать, что выводы из копенгагенской интерпретации «неизбежны» или что «математический аппарат теории вынуждает нас их признать», попросту неверно. Неправда, что бессмысленно говорить о реальности, существующей независимо от нашего восприятия, что мы обязаны думать о мире исключительно как о предмете наших наблюдений. Квантовая физика не приводит нас к солипсизму и идеализму.
Нет, совсем наоборот – мы, физики, должны изучать все существующие интерпретации и учитывать их в нашей работе. Относиться к ним творчески свободно, без догматизма, сохранять свежий взгляд на наши методы и результаты. Я не говорю, что все физики должны работать над интерпретацией квантовой теории, – есть множество интереснейших нерешенных задач, с которыми тоже хотелось бы справиться каждому физику, взять хоть квантовую гравитацию или высокотемпературную сверхпроводимость (этой нежданной тайне стоит посвятить отдельную книгу). Но все физики должны знать об этой проблеме и в общих чертах представлять себе ситуацию в этой области. А она такова: фантастически успешная теория, затруднения с ее интерпретациями и главная труднейшая задача – переход от существующей теории к новой. С прагматической точки зрения перед лицом этих трудностей правильным ответом, возможно, является плюрализм интерпретаций – или если не плюрализм, то смирение. Квантовая физика верна, по крайней мере приближенно. В мире есть нечто реальное, что каким-то образом похоже на квант. Мы просто пока до конца не знаем, что это слово обозначает. И задача физики заключается в том, чтобы это узнать.
Это поистине великая задача. Каждый, о ком шла речь в нашем затянувшемся рассказе, сражался за ее решение по-своему: Белл со своим жестким критическим пером, Бом со своим упрямым отказом смириться с существующим порядком вещей, Эверетт со своим стилем пранкера. Значение имеют не только их идеи, но и их истории. Истории людей, стоящие за физическими открытиями, могут указать путь в наших поисках, так же как и новые интерпретации теории. Оглядываясь на дорогу, которая привела нас сюда, мы можем лучше понять, как двигаться дальше, вперед. Продемонстрировать это и было целью данной книги – во всяком случае ее программой-минимум. А последнее слово я предоставлю тому, кто стоит в нашей профессии гораздо выше:
Очень многие люди – и даже профессиональные ученые – кажутся мне похожими на тех, кто повидал тысячи деревьев, но никогда не видел леса. Знание исторического и философского фона порождает независимость от предрассудков своего поколения, предрассудков, от которых страдает большинство ученых. Эта созданная философской интуицией независимость и является, по моему мнению, знаком отличия между простым ремесленником-специалистом и настоящим искателем истины[715].
ПриложениеЧетыре взгляда на очень странный эксперимент
В 1978 году, вскоре после начала работы в Техасском университете, Джон Уилер предложил мысленный эксперимент, который, по его словам, «позволяет проникнуть в самую суть спора между Бором и Эйнштейном». Он предположил, что «этот эксперимент, возможно, расскажет нам о главном механизме Вселенной»[716]. Уилер назвал его «экспериментом с отложенным выбором» (рис. A.1).
Эксперимент существует в двух конфигурациях. Мы начнем с более простой – на рисунке слева (рис. П.1А). Лазерный пучок (то есть пучок фотонов) появляется из нижнего левого угла и попадает на светоделитель, который (как ясно из названия) расщепляет его на две равные части: одна из них отражается вверх, а другая проходит через светоделитель в правый нижний угол. Оба образовавшихся пучка попадают еще на одно зеркало, каждый на свое, и после отражения от них снова пересекаются. Затем каждый из пучков регистрируется приемником. Это все.
Рис. П.1. Эксперимент Уилера с отложенным выбором. А. Без второго светоделителя индивидуальный фотон попадает на любой из детекторов с вероятностью 50/50. Б. Со вторым светоделителем индивидуальный фотон будет интерферировать сам с собой; это гарантирует, что он никогда не попадет на детектор 2
Теперь рассмотрим тот же эксперимент, но «с изюминкой» (рис. П.1Б, справа). Установим второй светоделитель в верхнем правом углу, в точке, где два пучка пересекаются, прежде чем отправиться на свои приемники. Каждый из наших двух пучков тоже разделится на два: теперь половина каждого пучка пойдет направо, к приемнику 2, а половина – вверх, на приемник 1. Но этот светоделитель сконструирован по-особому: так, чтобы две объединенные половины пучка не вели себя одинаково в обоих направлениях[717]. Те две половины пучка, которые идут вверх, полностью синхронизированы: их холмы и впадины согласованы друг с другом, усиливая объединенную волну. Это конструктивная, или усиливающая, интерференция, та самая, из-за которой появляются яркие полосы в эксперименте с двойной щелью из главы 5. А две половины пучков, направляющиеся направо, находятся в противофазе: максимумы одного точно совпадают с минимумами другого, и они полностью гасят друг друга. Это деструктивная, или ослабляющая, интерференция, ответственная за темные полосы в эксперименте с двойной щелью. В результате приемника 2 свет не достигает – оба пучка, направляющиеся к нему, деструктивно проинтерферировали друг с другом. А свет, попадающий на детектор 1, столь же ярок, как и исходный лазерный пучок, который поступил на первый светоделитель в нижнем левом углу установки.
Пока все нормально. Все, что мы описали, кроме лазера, пока укладывается в рамки классической физики. Попробуем теперь ввести в нашу картину кванты. Сделаем лазерный пучок очень слабым – настолько, насколько это вообще возможно, то есть будем в ходе нашего эксперимента посылать по одному фотону за раз. Пока у нас не появилось второго светоделителя в правом верхнем углу, ситуация остается довольно простой. Фотон регистрируется либо детектором 1, либо детектором 2, а мы, видя, на какой из приемников он пришел, можем сказать, какой из путей он выбрал внутри нашей установки. Если мы будем посылать таким образом много фотонов, по одному за раз, то на каждый из детекторов попадет примерно половина из них.
Однако, говорит Уилер, установка второго светоделителя все очень усложняет. Теперь фотон никогда не придет на детектор 2, так как он будет интерферировать с самим собой, совсем как в эксперименте с двойной щелью. Посылайте по одному столько фотонов, сколько хотите, – все они будут приходить только на детектор 1. Это, говорит Уилер, происходит потому, что каждый фотон выбирает оба пути сразу и интерферирует сам с собой, не давая самому себе прийти на приемник 2. Вводя в схему второй светоделитель, говорит Уилер, «мы делаем бессмысленной саму идею выбора одного из путей»[718].
Все это не слишком отличается от эксперимента с двойной щелью – по сути, это и есть эксперимент с двойной щелью, только с немного отличающейся геометрией. И, как и в эксперименте с двойной щелью, подмывает сказать, что еще до того, как отправиться в путешествие через установку, фотон уже знает, введен ли в нее второй светоделитель. Если светоделитель только один, фотон проходит лишь по одному из путей, но если установлен и второй, фотон проходит оба пути сразу, чтобы он мог сам с собой проинтерферировать.
И тогда Уилер вводит в схему опыта еще одну особенность: задержку момента выбора. Между светоделителем и зеркалом в нижнем правом углу есть некоторый зазор (см. рис. П.1А). Давайте сделаем его побольше – скажем, в несколько километров. Тогда у фотона, летящего со скоростью света, уйдет с десяток микросекунд, чтобы добраться от светоделителя к приемникам. Это даст нам достаточно времени, чтобы при помощи компьютера ввести (или, наоборот, удалить) второй светоделитель уже после того, как фотон выйдет из первого. Другими словами, мы можем отложить выбор схемы, по которой проведем наш эксперимент, – рис. П.1А или рис. П.1Б – до момента, когда фотон уже окажется в пути через экспериментальную установку. Однако, если мы сделаем это, результат опыта не изменится. Когда второй светоделитель на месте, фотон никогда не придет на детектор 2. А когда второй светоделитель выведен из схемы, фотон придет на каждый детектор примерно в половине случаев.