Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Кот Шрёдингера приобрел немалую популярность среди физиков и философов и породил огромное число литературных произведений, в которых ставятся всевозможные дополнительные вопросы. Почему не поместить в ящик, помимо всего прочего, камеру и не снять происходящее, а позже не просмотреть запись? Но нет, ничего не получится: пока ящик не открыт, камера будет в суперпозиции состояний «снят мертвый кот» и «снят живой кот». Может ли кот наблюдать собственное состояние? Да, если он жив, и нет, если мертв, но внешнему наблюдателю все равно придется ждать открытия ящика. Дайте животному мобильный телефон — нет, это уже глупо, к тому же здесь тоже будет суперпозиция. В любом случае ящик-то непроницаемый. Он обязательно должен быть непроницаемым, в противном случае вы сможете узнать о состоянии кота, не заглядывая внутрь.

На самом деле непроницаемых ящиков не существует. Имеет ли смысл мысленный эксперимент, в котором фигурируют невозможные вещи? Предположим, мы заменим этот радиоактивный атом атомной бомбой, которая либо взорвется, либо нет. Согласно уже знакомым рассуждениям, пока мы не откроем ящик, мы не узнаем, сделала она это или нет. Военные все отдали бы за ящичек, способный сохранить прежний вид, когда у него внутри взрывается ядерный боеприпас.

Некоторые идут еще дальше, утверждая, что в наблюдатели годится только человек (или по крайней мере разумное существо) — да, с этим у кошачьих не очень. Некоторые предполагают, что Вселенная потому и породила нас, что мы можем играть роль наблюдателей, заставляя волновые функции схлопываться и порождая таким образом Вселенную. Мы здесь, потому что мы здесь.

Эта замечательная причинно-следственная цепочка поднимает важность рода человеческого на недосягаемую высоту, но игнорирует ту особенность, из-за которой Бор не принял теорию Эверетта: в многомировой интерпретации волновая функция Вселенной не коллапсирует . Она откровенно противоречит принципу Коперника и отдает гордыней. Кроме того, она упускает из виду один момент: загадка Шрёдингерова кота относится к наблюдениям, а не к наблюдателям. И дело там не в том, то происходит в момент наблюдения. Дело в том, что такое наблюдение в принципе.

Математический аппарат квантовой механики включает два аспекта. Один из них — уравнение Шрёдингера, которое используется для моделирования квантовых состояний и имеет хорошо известные и вполне определенные математические характеристики. Второй аспект — то, как мы представляем наблюдение. Теоретически, это математическая функция. Вы вводите в эту функцию некую квантовую систему и получаете на выходе ее состояние — результат наблюдения. Так вы вводите число 2 в функцию логарифма и получаете log 2. Это все очень понятно и замечательно, но на самом-то деле состояние системы взаимодействует с состоянием измерительного прибора, который представляет собой куда более сложную квантовую систему. Это взаимодействие слишком сложно, чтобы его можно было исследовать математически сколько-нибудь подробно, поэтому считается, что оно сводится к одной-единственной аккуратной функции. Нет, однако, никаких причин полагать, что в реальности дело обстоит именно так, и множество причин подозревать, что все на самом деле совсем не так.

Мы имеем дело с несоответствием между точным, но своенравным квантовым представлением измерительного процесса и ситуативным дополнением — гипотетической функцией. Неудивительно, что в результате возникают странные и конфликтующие между собой интерпретации. Аналогичные вопросы вылезают всюду в квантовой теории и в основном остаются незамеченными. Все внимание обращено на уравнения и методы их решения; никто не думает о «граничных условиях», которые представляют задействованную аппаратуру или наблюдения.

Хорошая иллюстрация — ящик, в котором можно незаметно взорвать ядерную бомбу. Еще один пример — полупрозрачное зеркало, отражающее часть света, а остальное пропускающее насквозь. Квантовые экспериментаторы любят это устройство потому, что оно действует как светоделитель: берет поток фотонов и направляет их случайным образом по двум разным направлениям. Сделав с одним из лучей все, что нужно, экспериментатор вновь соединяет оба луча, чтобы сравнить результат. В квантово-механических уравнениях полупрозрачное зеркало — идеальный объект, не оказывающий никакого действия на фотоны, а только направляющий их в разные стороны с 50 %-ной вероятностью. Это как барьер на пути бильярдного шара, который то появляется, и тогда шар идеально упруго отражается от него, то исчезает, и тогда шар свободно пролетает насквозь.