Грегори Гбур - Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Если вам эта интерпретация кажется странной, вы не одиноки. Вы оказываетесь в компании с самим Шрёдингером, который считал, что Копенгагенская интерпретация может привести к абсурдным результатам. Он заметил, что можно сделать так, чтобы существование живого существа, скажем кошки, зависело от поведения одной-единственной квантовой частицы, такой как атом. «Можно привести совсем уж нелепые случаи», — написал он в 1935 г. и привел пример.

Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счетчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдет. Первый же распад атома отравил бы кота. Волновая функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мертвого кота (простите за выражение) в равных долях {10} .

Эта схема, в слегка модифицированном виде, изображена на рисунке.

Шрёдингер сказал, по существу, что квантовый мир Копенгагенской интерпретации кардинально отличается от того мира, с которым мы сталкиваемся в повседневности. Когда мы бросаем монетку и, не глядя, закрываем ее ладонью, то знаем, что монетка уже лежит либо орлом, либо решкой кверху. Однако, согласно Копенгагенской интерпретации, «квантовая» монетка должна находиться в волноподобном состоянии одновременно орла и решки, пока мы на самом деле на нее не посмотрим. Но это порождает дополнительную проблему: что заставляет схлопываться волновую функцию? В лаборатории, как несложно себе представить, коллапс волновой функции вызывает человек-ученый, который считывает с инструментов данные о результатах эксперимента, но философски из этого следует особая роль, которую человеческие существа играют в космосе, — идея, от которой наука безвозвратно отошла уже несколько столетий назад.

Эйнштейн одобрил критическое выступление Шрёдингера. В письме 1950 г. он писал:

Вы единственный современный физик, за исключением Лауэ, который понимает, что невозможно обойти постулат реальности — если только быть честным. Большинство из них попросту не понимают, в какого рода опасную игру они играют с реальностью — реальностью как чем-то независимым от того, что экспериментально установлено…

Эта интерпретация, однако, опровергается, и наиболее элегантно — вашей системой: радиоактивный атом + счетчик Гейгера + усилитель + заряд пистолета + кот в ящике, в котором [волновая функция] системы держит кота одновременно живым и разорванным на кусочки… Никто реально не сомневается, что присутствие или отсутствие кота есть нечто независимое от акта наблюдения {11} .

Эйнштейн предпочитал ядовитому газу выстрел в кота. Мы можем только гадать, почему Шрёдингер решил отравить именно кота. Сам он кота не держал, хотя домашний любимец у него был. Во время Второй мировой войны колли по имени Бёрши служил ему компаньоном и источником утешения во многих жизненных испытаниях.

Несмотря на философские ограничения, Копенгагенская интерпретация квантовой физики до сих пор преподается студентам и используется в качестве практичной модели происходящего в квантовом мире. Тому есть две простые причины. Во-первых, она достаточно хорошо работает при интерпретации и объяснении всех квантовых лабораторных экспериментов до сего дня, а возражения вызывает интерпретация, в первую очередь философская. Эта философия, несмотря на всю свою значимость, не замедляет экспериментального изучения квантового мира. Во-вторых, даже теперь, 80 лет спустя, никто не может точно сказать, чем можно ее заменить. Одна из популярных сегодня теорий, предусматривающая существование бесконечного множества параллельных вселенных, первоначально называлась многомировой интерпретацией квантовой механики. В ней кот Шрёдингера жив в одной вселенной, мертв в другой, а волновые свойства квантовой механики представляют некое взаимодействие между вселенными. Пока ученым неизвестен способ проверить, существуют ли такие параллельные вселенные, но для многих физиков многомировая теория стала предпочтительным средством интерпретации странностей квантовой физики.