Ричард Мюллер - Сейчас. Физика времени

Когда в конце XIX века классическая физика достигла своего зенита, многим казалось, что она очень скоро сможет объяснить все до конца. Оставалось, конечно, еще несколько проблем – вопросы, связанные с измерением абсолютной скорости движения Земли, и кое-какие аспекты теплового излучения абсолютно черных тел. Потом, правда, эти необъясненные вопросы оказались не такими уж мелкими; со временем они привели к открытию теории относительности и квантовой физики соответственно.

Классическая физика, даже если включить в нее теорию относительности, была целиком детерминистской. Во Вселенной правили бал законы причинности. Прошлое полностью определяло будущее. Это позволяло предположить, что даже поведение, в принципе, определяется предыдущими событиями. Дальнейшие исследования в области теории хаоса показали, что мы, возможно, никогда не сможем узнать прошлое достаточно хорошо, чтобы предсказывать будущее, но аргументов детерминизма это не изменило. Любое действие, включая и действия людей, предопределено; кальвинисты правы. Философам трудно не согласиться с достижениями физиков. Стремительное развитие физики придавало философии (или религии?) физикализма достоверность. Мало того, физикалистское отрицание свободы воли, возможно, дополнительно укрепило растущую убежденность общества, что преступники – жертвы воспитания, и наказывать их несправедливо. За все злодейства должно отвечать общество, а не отдельные люди. Этот странный вывод, кажется, приписывает свободу воли (справиться со злодействами) обществу, отказывая в ней преступникам.

Но сама основа, на которой было выстроено это философское здание, оказалась ложной. Все, что нам нужно для опровержения этого аргумента, – утверждение, будто физика доказывает иллюзорность свободной воли, – это показать, что физика не подчиняется причинности и будущее поведение частиц зависит не только от их прошлого опыта. Я продемонстрировал это в собственной лаборатории.

Со времен Ньютона до Гейзенберга по умолчанию считалось, что знание начальных условий определяет будущее любой физической системы. Тем не менее сегодня мы знаем, что два объекта – совершенно идентичных во всех отношениях – могут вести себя по-разному. Два идентичных радиоактивных атома распадаются в разные моменты времени. Их будущее не определяется их прошлым или их состоянием, их квантово-физической волновой функцией. Тождественные условия не порождают одинакового будущего. Причинность влияет на среднее физическое поведение. Но не на конкретное.

Позвольте доказать это самым, как мне кажется, убедительным способом: с помощью моих экспериментов и измерений. В конце 1960-х годов, работая в области экспериментальной физики элементарных частиц, мы с коллегами каждый день пользовались беватроном Лаборатории им. Лоуренса в Беркли [258], чтобы сталкивать между собой протоны. Многие из этих столкновений порождали по две или более частиц, известных как пионы (сокращенное название пи-мезонов ). И вот ключевой факт: я смог экспериментально определить, что все пионы, полученные в результате одного столкновения, идентичны, если обладают одинаковым электрическим зарядом. Я имею в виду, по-настоящему идентичны, до самых-самых квантовых глубин. Эти частицы обладают одинаковыми квантовыми волновыми функциями. Они тождественны в том же смысле, в каком исходные электроны на фейнмановских диаграммах идентичны рожденным электронам.

Как я мог определить, что частицы по-настоящему идентичны? От Фила Даубера (физика, который объяснил мне, что 95 %-ной уверенности в нарушении временн о й инверсии недостаточно) узнал, что волны таких частиц интерферируют между собой. В одних направлениях они усиливаются; в других – гасят друг друга. Такая интерференция наблюдается среди частиц, получающихся в результате столкновения (это часть их «взаимодействия в конечном состоянии», ВКС); в наших данных ее легко можно было увидеть. Частицы разной структуры (состава) не взаимодействуют. Пион не интерферирует с электроном. Электроны могут интерферировать, но только в том случае, если их скрытый внутренний параметр – спин – одинаково ориентирован. В общем, интерференция достоверно показывает, что частицы идентичны по всем, даже скрытым, параметрам внутренней структуры – на всю глубину квантовой физики.

На снимках из своей пузырьковой камеры я видел два идентичных пиона, но при этом они распадались в разное время. Мне и сейчас это представляется очень странным. Два одинаковых бруска динамита с аналогичными запальными шнурами, если поджечь их одновременно, так же одномоментно и взорвутся. Мои идентичные частицы поступили не так. Между двумя этими пионами должна была существовать какая-то разница. Они просто не могли иметь одинаковые волновые функции. И тем не менее интерференция показывала, что они полностью идентичны.