Исторически понятие квантов было введено Максом Планком, предположившим, что переходы между некоторыми состояниями осуществляются не непрерывно, а порциями, «квантами» энергии. Сейчас такое понимание иногда запутывает, современная квантовая теория имеет дело далеко не только с дискретностью энергообмена или дуализмом[8] «волна — частица». Она рассматривает связи между частью и целым, обмен энергией и информацией, взаимные переходы непроявленного квантового и наблюдаемого классического миров. Обо всём этом мы будем говорить далее.
Применительно к нам с вами, живым и чувствующим существам, описание происходящего должно включать не только объективные данные и закономерности, но и субъективный аспект: что мы испытываем, переживаем, чувствуем. Есть не только Познаваемое, но и Познающий. А познание и исследование себя как воспринимающего и чувствующего существа, познание своей безграничности и богоподобности — это область мистики. Именно мистики, а не психологии, пытающейся понять объективные закономерности происходящего внутри нас.
Слово «мистика» относится не столько к таинственным историям и ритуалам, сколько к восприятию существования как поиска и осуществления Истины в себе. Амёба постигает истину как еду, животное — как энергию, эмоции и чувства, обычный человек добавляет к этому ум. Купец торгует истиной, поэт ее выражает, ученый — описывает. Мистик же проживает истину, трансформируя этим себя, и в конце пути сам становится ею. Тогда и рождаются великие слова: «Я есть Истина».
Если мир ученого делится на объекты и связи между ними, которые могут быть познанными и непознанными, у мистика плюс к этому в жизни присутствует Тайна, то, что никогда не будет познано, но может быть прожито. Тайна — это то, что захватило твое сердце, но не может быть передано другим как обычное знание. По дороге сюда я увидел на кусте стайку снегирей, время для меня остановилось, границы исчезли, я не могу передать, что тогда испытывал. Могу лишь сказать, что смотрел на них минут 20. Тайна — это то, что происходит, когда субъект и объект сливаются, ищущий становится единым с искомым, капля падает в океан — и становится океаном.
Такое единение происходит внутри, в нём нет восприятия и наблюдения, есть только переживание.
Такие мистики, как Будда, Хуэй-нэнь, Григорий Сковорода и многие, многие другие, оставили нам точнейшие указания на двери, за которыми открывается путь к познанию себя и мира. Мы будем широко пользоваться их бесценными подсказками.
Однако не думайте, что от меня вы узнаете истину. Описание опыта, полученного другими, дает лишь указание на возможность вашего собственного развития. Любая концепция, с позиций мистика, может быть полезной только до тех пор, пока помогает обретению независимости от другой ментальной концепции. А далее значимость обеих и связанность концепциями должна быть отброшена. Это значит, что теперь не они обладают вами, а вы стали владеть ими.
Мне также очень хочется, чтобы вы не были бездушными машинами, в которые запихивают очередную порцию информации. Понимать — значит перевоплощаться, быть не только невозмутимым философом, но и поэтом. Для подлинного освоения любого предмета нужна страсть, состояние живого присутствия и соучастия, восторг от соприкосновения с ним как с тайной.
Часть 1. Структура Реальности
Глава 1. Знаменитый эксперимент
Сама попытка вообразить картину элементарных частиц и думать о них визуально — значит иметь абсолютно неверное представление о них.
В ближайших двух главах на примере конкретных экспериментов мы познакомимся с базовыми представлениями квантовой физики, сделаем их понятными и «рабочими». Затем обсудим необходимые нам теоретические концепции и применим их к тому, что чувствуем, видим, наблюдаем. А далее рассмотрим то, что обычно относят к мистике.
Согласно классической физике, исследуемый объект находится лишь в каком-то одном из множества возможных состояний. Он не может пребывать в нескольких состояниях одновременно, нельзя придать смысл сумме состояний. Если я нахожусь сейчас в комнате, я, стало быть, не в коридоре. Состояние, когда я нахожусь и в комнате, и в коридоре, невозможно. Я ведь не могу в одно и то же время находиться и там, и там! И не могу одномоментно выйти отсюда через дверь и выпрыгнуть в окно: я либо выхожу через дверь, либо выскакиваю в окно. Очевидно, такой подход полностью согласуется с житейским здравым смыслом.
В квантовой механике (КМ) такая ситуация является лишь одной из возможных. Состояния системы, когда реализуется только один из множества вариантов, в квантовой механике называют смешанными, или смесью. Смешанные состояния являются по сути классическими — система может быть с определенной вероятностью обнаружена в одном из состояний, но никак не в нескольких состояниях сразу.
Однако известно, что в природе имеет место и совершенно другая ситуация, когда объект находится в нескольких состояниях одновременно. Иными словами, происходит наложение двух или большего числа состояний друг на друга без какого-либо взаимного влияния. Например, экспериментально доказано, что один объект, который мы по привычке называем частицей, может одновременно проходить через две щели в непрозрачном экране. Частица, проходящая через первую щель, — это одно состояние, та же частица, проходящая через вторую, — другое. И эксперимент показывает, что наблюдается сумма этих состояний! В таком случае говорят о суперпозиции состояний, или о чисто-квантовом состоянии.
Речь идет о квантовой суперпозиции (когерентной суперпозиции), то есть о суперпозиции состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения. Суперпозиционные состояния могут существовать лишь при отсутствии взаимодействия рассматриваемой системы с окружением. Они описываются посредством так называемой волновой функции, которую также называют вектором состояния. Это описание формализуется заданием вектора в гильбертовом пространстве[9], определяющим полный набор состояний, в которых может находиться замкнутая система.
Волновая функция — это частный случай, одна из возможных форм представления вектора состояния как функции координат и времени. Это представление системы, максимально приближенное к привычному классическому описанию, предполагающему наличие общего и независимого ни от чего пространства — времени.
Наличие этих двух типов состояний — смеси и суперпозиции — является основой для понимания квантовой картины мира и ее связи с мистической. Другой важной для нас темой будут условия перехода суперпозиции состояний в смесь и наоборот. Эти и другие вопросы мы разберем на примере знаменитого двухщелевого эксперимента[10].
Для начала возьмем пулемет и мысленно проведем эксперимент, показанный на рис. 1.
Он не очень хорош, наш пулемет. Он выпускает пули, направление полета которых заранее неизвестно. То ли направо они полетят, то ли налево…. Перед пулеметом стоит броневая плита, а в ней проделаны две щели, через которые пули свободно проходят. Далее стоит «детектор» — любая ловушка, в которой застревают все попавшие в нее пули. По окончании эксперимента можно пересчитать число пуль, застрявших в ловушке, на единицу ее длины и разделить это число на общее количество выпущенных пуль. Или на время стрельбы, если скорость стрельбы считать постоянной. Эту величину — число застрявших пуль на единицу длины ловушки в окрестности некоторой точки Х, отнесенное к полному числу пуль, мы будем называть вероятностью попадания пули в точку Х. Заметим, что мы можем говорить только о вероятности — нельзя сказать определенно, куда попадет очередная пуля. И даже попав в дыру, она может срикошетить от ее края и уйти вообще неизвестно куда.
Мысленно проведем три опыта: первый — когда открыта первая щель, а вторая закрыта; второй — когда открыта вторая щель, а первая закрыта. И, наконец, третий опыт — когда обе щели открыты.
Результат нашего первого «эксперимента» показан на том же рисунке, на графике. Ось вероятности в нём отложена вправо, а координата — это и есть положение точки X. Пунктирная линия показывает распределение вероятности P1 попавших в детектор пуль при открытой первой щели, кривая из точек — вероятность попадания в детектор пуль при открытой второй щели и сплошная линия — вероятность попадания в детектор пуль при обеих открытых щелях, которую мы обозначили как P12. Сравнив величины P1, P2 и P12, мы можем сделать вывод, что вероятности просто складываются,
P1 + P2 = P12.
Итак, для пуль воздействие двух одновременно открытых щелей складывается из воздействия каждой щели в отдельности.
Представим себе такой же опыт с электронами, схема которого показана на рис. 2.
Возьмём электронную пушку, наподобие тех, что когда-то стояли в каждом телевизоре, и поместим перед нею непрозрачный для электронов экран с двумя щелями. Прошедшие через щели электроны можно регистрировать различными методами: с помощью сцинтиллирующего экрана, попадание электрона на который вызывает вспышку света, фотопленки или с помощью счетчиков различных типов, например, счетчика Гейгера.
Результаты подсчетов в случае, когда одна из щелей закрыта, вполне предсказуемы и очень похожи на итоги пулеметной стрельбы (линии из точек и штрихов на рисунке). А вот в случае, когда обе щели открыты, мы получаем совершенно неожиданную кривую