В теории де Бройля – Бома поведение электрона было совершенно предсказуемым, и его присутствие в той или иной точке можно было рассчитать с достаточной точностью. Скрытая переменная становилась связующим звеном между классическим видением реальности и зыбким миром квантовой неопределенности. Но для того, чтобы сделать квантовую механику детерминированной, физикам пришлось заплатить свою цену – ввести бесконечную сеть связей и влияний между всем сущим. По сути, вся Вселенная принимает участие в формировании результата того или иного эксперимента. Скорость и ускорение каждой частицы зависят от положения всех остальных частиц. Вселенная определяет условия среды, применимые к каждой подсистеме – от эксперимента с коллайдером до движения облаков в небе. Именно это физики и называют нелокальностью – но с определенной долей сарказма. Неудивительно, что книга Бома о философском основании его концепции называется «Целостность и имплицитный порядок», и неудивительно, что лишь немногие ученые поддержали его подход, хотя некоторые варианты теории де Бройля – Бома все еще являются предметом активных исследований. Одна из проблем состоит в том, что эта теория (по крайней мере, в большинстве своих версий) дает те же результаты, что и квантовая механика, и потому неотличима от нее. Скрытую переменную невозможно вычислить. Нам бы хотелось делать выбор между конкурирующими теориями на основании экспериментов. Если разные теории дают одинаковые экспериментальные результаты, почему бы не выбрать самую простую из них, то есть традиционную квантовую механику без дополнительных пилотных волн? Вот почему я на время оставлю скрытые переменные и сфокусируюсь на том, что именно квантовая механика говорит (или не говорит) нам о природе физической реальности.
Глава 24. Можем ли мы распознать реальностьв которой мы узнаем, как квантовая физика влияет на наше понимание реальности
Одним из самых удивительных выводов из квантовой физики является тот факт, что акт измерения оказывает влияние на измеряемое. По сути, он определяет измеряемое, придает ему физическую реальность. Между наблюдателем и наблюдаемым им объектом создается связь, которую сложно разорвать. Возможно, точнее всего это выразил Паскуаль Йордан, работавший над матричной механикой вместе с Гейзенбергом и Борном: «Наблюдения не просто беспокоят наблюдаемый объект, они создают его… Мы принуждаем [электрон] занять определенную позицию… Мы сами производим результаты измерений».[128]
После возникновения связи исчезает разделение между вами как наблюдателем и оставшейся частью мира (такое разделение мы обычно называем объективностью). Как понять, где заканчиваетесь вы и начинается то, что вы измеряете? Если мы прочно связаны с «внешними объектами», то никаких «внешних объектов» не существует – есть лишь одно неделимое целое. Разделять больше нечего. Вы едины со всей остальной Вселенной. А вот еще один сложный вопрос: если вы связаны со всем миром, то в какой степени вы обладаете свободой? Возможно ли, что наша личная независимость – всего лишь иллюзия? Диктует ли влияние внешних сил наше поведение? Неужели мы подобны паукам, которые не могут существовать без своих паутин?
Здравомыслящий человек мог бы возразить: «Но ведь в реальной жизни все работает совсем не так. Просто оглянитесь вокруг, и вы увидите, что мы отделены от остального мира и существуем независимо от него. Я и стул, на котором я сижу, – это разные вещи. Стул существует самостоятельно, отдельно от меня. Это автономный объект, и в нем нет ничего квантового. Кроме того, не человек обнаруживает частицу – это делает специальное устройство, детектор. А ведь это тоже большой объект, подчиняющийся классическим законам. В заявлении о том, что акт измерения влияет на измеряемое, есть некоторая натяжка. Частица взаимодействует с материалами, из которых сделан детектор, и после достаточного увеличения это взаимодействие фиксируется счетчиком или отслеживающим устройством. За существованием такой частицы не стоите ни вы, ни другое сознание – всего лишь щелчки детектора. Задача квантовой механики – объяснить эти щелчки, и она прекрасно это делает, используя вероятности. Микроскопические объекты не существуют в том же смысле, что вы или я. Они всего лишь создания нашего разума, инструменты для описания того, что мы наблюдаем. К чему вся эта метафизика?»
В приведенном выше параграфе описывается так называемая ортодоксальная позиция, основанная на копенгагенской интерпретации квантовой механики, которую изначально разработали Гейзенберг и Бор для того, чтобы смягчить растерянность и отчаяние ученых, работающих в этой области. Преподаватели квантовой механики обычно не выходят за рамки копенгагенской интерпретации с ее прагматичным подходом к реальности. Эта позиция допустима, но ровно до того момента, пока нам не захочется углубиться в суть вещей. Когда же мы задумываемся о ней, начинает нарастать неприятное ощущение, которое становится все сильнее и сильнее по мере того, как мы продвигаемся дальше.
Несомненно, существование частицы обнаруживает детектор, а не человек. Но ученый и его направленность на предмет, то есть специально подобранная методика организации эксперимента, появляются раньше детектора. Детектор не существует без человека. Он не смог бы работать, если бы его кто-то не включил или не запрограммировал на определенные действия. Данные, полученные детектором, не имеют смысла без участия наблюдателя, который может объяснить скрывающиеся за ними закономерности. Электрон не существует без сознания, которое интерпретирует его существование. Иными словами, существование объекта, будь он квантовым или классическим, зависит от признающего его сознания. Вселенная без разума пуста, так как в ней нет существ, способных понять значение слова «существование». Сама концепция существования подразумевает наличие сознания, способного к высшим рассуждениям. Существование – это конструкция, которую изобрели мы сами, чтобы объяснить свое место в космосе.
Разумеется, это не означает, что Вселенная возникла лишь в тот момент, когда в ней появились сознательные наблюдатели (если только вы не согласны с епископом Беркли и его принципом Esse est percipi). Это произошло гораздо раньше. Люди, а также иные разумные существа, способные рассуждать о сущем, являются продуктами бесчисленных физических и химических реакций, которые не до конца понятным образом сумели породить сложных биологических существ. Для этого потребовалось время – пару миллиардов лет, достаточный срок для того, чтобы сменилось несколько поколений звезд и возникли более тяжелые элементы периодической таблицы, необходимые для появления жизни. Учитывая, что в начале времени не было разумных существ, мы должны заключить, что сознание не является обязательным условием для бытия Вселенной.[129] Если верна гипотеза Мультивселенной, то вселенных может быть множество, и во многих из них нет ни следа жизни. А вот обратное утверждение наверняка будет неверным, ведь жизнь существует только в рамках вселенной. Если отбросить идею бестелесного вселенского Разума, жизнь – это сеть переплетенных между собой физических, химических и астрономических условий, действующих во времени и в пространстве. Вселенная прожила множество эпох своей истории, прежде чем у жизни появилась своя собственная.
Ключевой вопрос заключается не в том, порождает ли сознание Вселенную (эту точку зрения очень трудно научно обосновать), а в том, что происходит со Вселенной после зарождения сознания. Разумеется, от него можно отмахнуться, поверив вслед за Коперником, что во вселенском масштабе нами можно пренебречь, что мы – звездная пыль и в звездную пыль возвратимся. На это я могу ответить вам вот что: позиция Коперника строится на изначально неверном посыле. Неважно, представляем ли мы интерес для Вселенной (правильный ответ – нет). Важно лишь то, как мы вписываемся в нее после осознания своей уникальности как разумных существ. Эту позицию в своей книге A Tear at the Edge of the Universe я называю гуманоцентризмом. Если кратко, мы имеем значение, потому что такие, как мы, встречаются редко. Даже если в космосе есть другие существа, обладающие «сознанием», мы – уникальный эксперимент эволюции.
Какое отношение это имеет к основаниям квантовой физики и природе реальности? Начнем с того, что все, что мы знаем о реальности, проходит через наш мозг. Когда мы разрабатываем эксперимент, чтобы определить, является электрон частицей или волной, «мы» означает человеческий мозг и его способность к мышлению. Детекторы – это продолжения наших органов чувств, фиксирующие события, которые мы затем расшифровываем с помощью внимательного рационального анализа. Мы не вступаем в прямой контакт с электронами, атомами или иными объектами квантового мира. Все, что у нас есть, – это вспышки, щелчки, звонки, линии и потоки данных, которые мы пытаемся интерпретировать. Микромир четко показывает нам, насколько ограничены наши описания реальности. Вот только кроме них у нас ничего нет. Поэтому они на очень глубоком уровне отражают нашу человеческую суть, пути нашего стремления к знаниям и границы, за которые мы не можем зайти. Мы существа, ищущие смысла, и наука – это один из плодов нашего вечного стремления к пониманию реальности.
Несмотря на то что я много лет использовал квантовую механику в своих исследованиях, а также преподавал ее и теорию квантовых полей в университете, когда я взялся за изучение литературы о различных ее интерпретациях, меня заполнило ощущение потери. Неужели реальность может быть настолько туманной? Самым печальным было то, что у этого вопроса отсутствовал простой ответ, общепризнанный выход из ситуации. При расчете квантовых вероятностей мы все совершаем одни и те же действия, но при этом взгляды на то, как квантовая механика сочетается с реальностью, сильно расходятся. Возможно, правильного ответа вообще не существует, а есть лишь разные способы посмотреть на вопрос. Как мы увидим дальше, сложность состоит в том, что некоторые странные квантовые эффекты заставляют нас пересмотреть собственное отношение к Вселенной. Может ли быть такое, что мы и Вселенная – не отдельные сущности, а единое целое? Лишь тот, кого совершенно не привлекает интеллектуальный поиск, может оставаться равнодушным к очарованию квантового мира, к манящим тайнам, в которые погружено наше существование, навсегда заключенное в пределы Острова знаний. И лишь тот, кто равнодушен, не чувствует смеси ужаса и восхищения от того, что суть реальности непознаваема.