Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Можливо, вам знайоме ім’я Гайзенберга, і не в останню чергу завдяки пов’язаному з ним відомому принципу. Принцип невизначеності Гайзенберга набув нью-ейджевої аури, надавши численним шарлатанам засіб одурманення людей, яким здавалося, що квантова механіка дає надію на існування світу, де може справдитися будь-яка, навіть найхимерніша мрія.

Кожен з інших, чиї імена напевне вам знайомі – Бор, Шрьодінґер, Дірак, а пізніше Фейнман і Дайсон, – також зробили великі стрибки в невідоме. Проте вони були не самі. Фізика – командна дисципліна. Надто часто наукові оповіді написано так, наче їхні герої пережили раптове «Ага!» – прозріння наодинці глупої ночі. Гайзенберг упродовж кількох років працював над квантовою механікою разом із науковим керівником своєї дисертації, блискучим німецьким науковцем Арнольдом Зоммерфельдом (чиї чотири студенти й три асистенти-постдокторанти здобули Нобелівські премії), а пізніше з Борном (урешті відзначеним Нобелівською премією майже тридцять років по тому), а також із молодим колегою Паскуалем Жорданом.

Кожен визначний тріумф, відзначений іменем та премією, супроводжується легіоном працьовитих, часто менш славетних особистостей, кожна з яких потроху просувала вперед лінію зіткнення. Непевні дитячі крочки – норма, а не виняток.

Найвидатніші стрибки в невідоме зазвичай дістають належну оцінку навіть від своїх розробників, лише значно пізніше. Тому, приміром, Ейнштейн не настільки довіряв своїй чудовій загальній теорії відносності, аби повірити її передбаченню, що всесвіт не може бути статичним і має або розширюватися, або стискатися, аж доки спостереження не засвідчили розширення. І коли вийшла друком стаття Гайзенберга, світ догори дриґом не став. На думку приятеля й сучасника Гайзенберга, блискучого й запального фізика Вольфганга Паулі (ще одного асистента Зоммерфельда, який пізніше отримав Нобелівську премію), ця робота була, по суті, математичною мастурбацією, на що Гайзенберг жартівливо відповів: «Ви маєте погодитися, що, хай там як, ми не маємо на меті зруйнувати фізику, виходячи зі злого умислу. Коли ви сварите нас, що ми такі повні осли, що не привнесли у фізику нічого нового, ви, не виключено, маєте рацію. Проте в такому випадку ви не менший осел, адже також досі цього не зробили… Не тримайте на мене зла й усього вам найкращого».

Фізика не розвивається лінійно, як це описують підручники. У реальному житті, як і в багатьох гарних детективах, на кожному кроці трапляються оманливі сліди, хибні тлумачення та повороти не туди. В історії розвитку квантової механіки таких повно. Але я хочу одразу перейти до суті, тож пропущу Нільса Бора, чиї ідеї заклали основу перших фундаментальних атомних правил квантового світу, а також значною мірою підвалини сучасної хімії. Ми також пропустимо Ервіна Шрьодінґера, напрочуд колоритного персонажа, який прижив щонайменше трьох дітей від різних коханок і чиє хвильове рівняння є найвідомішою іконою квантової механіки.

Натомість я зосереджуся спершу на Гайзенбергу, точніше, не на самому науковцеві, а на його досягненні, яке уславило його ім’я, – на принципі невизначеності Гайзенберга. Його часто інтерпретують у такому ключі, що спостереження за квантовими системами впливають на їхні властивості – і це яскраво проявилося в розглянутих вище прикладах з електронами чи фотонами, які проходять крізь дві щілини й зіштовхуються з екраном позаду них.

На жаль, це справляє хибне враження, що якимось чином спостерігачі, зокрема спостерігачі-люди, відіграють ключову роль у квантовій механіці – непорозуміння, яким скористався мій «Твіттер»-супротивник Діпак Чопра, який у своїх численних плутаних висловлюваннях, схоже, чомусь виходить із того, що всесвіт не існував би за відсутності нашої свідомості, яка визначає його властивості відносно своєї системи відліку. На щастя, вік усесвіту перевищує час існування свідомості Чопри, і він досить непогано почувався задовго до виникнення хоч якогось життя на Землі.

Проте за своєю суттю принцип невизначеності Гайзенберга жодним чином не стосується спостерігачів, хоча дійсно обмежує їхню здатність здійснювати вимірювання. Натомість він являє собою фундаментальну властивість квантових систем і може бути відносно прямолінійно й математично виведений із хвильових властивостей цих систем.

Розглянемо для прикладу просте хвилеподібне збурення з єдиною частотою (довжиною хвилі), яке коливається, рухаючись уздовж осі х :