Адам Беккер - Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

Восемьдесят лет назад эти вопросы глубоко волновали одного из основателей квантовой физики, Эрвина Шрёдингера. Чтобы объяснить коллегам-физикам, что его беспокоит, он придумал ныне знаменитый мысленный эксперимент с «котом Шрёдингера» (рис. В.1). Шрёдингер представил себе, что кота посадили в ящик с запечатанной капсулой цианистого калия и подвешенным над ней маленьким молоточком. Этот молоток, в свою очередь, связан со счетчиком Гейгера, регистрирующим радиоактивность и направленным на кусочек радиоактивного металла в капсуле. Эта адская машинка приводится в действие в тот момент, когда металл испускает излучение. Как только это произойдет, счетчик Гейгера сработает, молоточек упадет, разобьет капсулу и убьет беднягу кота.

Рис. В.1.Кот Шрёдингера. Когда металл испускает радиоактивное излучение, счетчик Гейгера регистрирует его и отпускает молоток. Капсула разбивается, и цианистый калий убивает кота

Вниманию Общества защиты животных: у Шрёдингера и мысли не было о том, чтобы на деле провести этот опыт! Шрёдингер предложил просто вообразить, что мы на некоторое время оставляем кота в ящике, затем открываем крышку и узнаём, что случилось с котом.

Кусочек металла испускает субатомные частицы, с большими скоростями вылетающие из атомов при их распаде. Как и все достаточно маленькие объекты, эти частицы подчиняются законам квантовой физики. Субатомные частицы металла Шекспира не читали, а вот панк-группу Clash, видимо, слушали. В каждый отдельно взятый момент они не знают, что им делать – оставаться на месте или вылететь из атома, и поэтому они делают и то и другое: внутри закрытого ящика «нерешительный» кусок радиоактивного металла одновременно излучает и не излучает.

Из-за такого поведения частиц-панков счетчик Гейгера и будет, и не будет регистрировать излучение, молоток и упадет, и не упадет на капсулу, которая и разобьется, и нет – а значит, кот будет одновременно и мертв, и жив. И это, по мнению Шрёдингера, было серьезной проблемой: может, атомы и могут находиться в двух местах сразу, но кот точно может быть либо дохлым, либо живым. Мы убедимся в его состоянии в тот же миг, как откроем крышку, а значит, логично заключить, что и до ее открытия кот должен был находиться в том же состоянии.

Многие из современников Шрёдингера оспаривали его аргументацию именно в этом пункте. Некоторые заявляли, что до открытия крышки кот находится в состоянии «и жив, и мертв» и, только заглядывая внутрь ящика, мы каким-то образом переводим его в состояние жизни или смерти. Другие считали, что, пока мы не открыли ящик, говорить о том, что происходит внутри него, вообще бессмысленно, так как внутренность закрытого ящика по определению ненаблюдаема, а только наблюдаемые и измеримые вещи имеют смысл. Для них говорить о ненаблюдаемых вещах было так же бесполезно, как спорить о том, издает ли треск падающее в лесу дерево, если нет никого, кто этот треск мог бы услышать.

Но эти аргументы Шрёдингера не убедили и не успокоили. Он считал, что его коллеги упускали из виду одну вещь: квантовой физике недостает важной составляющей, которая связала бы ее с обычным миром. Каким образом фантастическое количество атомов, управляемых законами квантовой физики, порождает мир, который мы видим вокруг? Что на самом фундаментальном уровне является реальностью и как эта реальность обнаруживается?

В этом споре оппоненты Шрёдингера победили. От его вопросов о том, что же в действительности происходит в квантовом мире, они попросту отмахнулись, и физика продолжала двигаться вперед.

Шрёдингер оказался в меньшинстве, но все же он не был одинок. Альберт Эйнштейн тоже хотел понять, что происходит в мире квантов. Он спорил о природе квантовой физики и реальности с Нильсом Бором, великим датским физиком. Спор Эйнштейна с Бором вошел в историю физики. Обычно говорят, что его выиграл Бор, что сомнения Эйнштейна и Шрёдингера оказались беспочвенными и что проблемы реальности в квантовой физике не существует потому, что реальность – это вовсе не то, о чем следует думать в первую очередь.

И все же нет сомнений в том, что квантовая физика сообщает нам нечто о реальном мире. Иначе как она могла бы вообще работать, описывать действительность? Было бы крайне трудно объяснить ее огромные успехи, если бы она не имела никакого отношения к реальному миру. Даже если считать, что любая теория – это всего лишь модель, это все-таки модель чего-то реального, а если она работает, то это модель хорошая. Должно быть нечто, заставляющее предсказания квантовой физики неизменно выполняться с феноменально высокой точностью.