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

Нашелся все же по крайней мере один человек, заметивший недостаток в доказательстве фон Неймана вскоре после его публикации. Грета Герман, немецкий математик и философ, напечатала в 1935 году статью с критикой доказательства. Герман указывала, что фон Нейману не удалось обосновать одно из своих главных положений, а значит, и все доказательство рушится [20] Jammer 1974, pp. 273–274; см. также английский перевод соответствующей части статьи Герман: http://mpseevinck.ruhosting.nl/seevinck/trans.pdf, просм. 20 сентября 2017 г. . Но ее никто не слушал – отчасти потому, что в сообществе физиков она была чужаком, отчасти потому, что она женщина [21] См. N. David Mermin 1993, «Hidden Variables and the Two Theorems of John Bell», Reviews of Modern Physics 65 (3): 805. «Грета Герман указала на грубый просчет в аргументации, но на это, кажется, никто просто не обратил никакого внимания. Все продолжали ссылаться на доказательство фон Неймана». Больше о Герман см. в слайд-презентации M. П. Сивинк о Грете Герман (2012). См. также ресурсы на http://web.mit.edu/redingtn/www/netadv/PHghermann.html, просм. 20 сентября 2017 г. .

Несмотря на найденную в доказательстве фон Неймана ошибку, копенгагенская интерпретация сохраняла свое господствующее положение в физике. Эйнштейна считали неадекватным стариком «не от мира сего». Усомниться в справедливости копенгагенской интерпретации стало равносильно тому, чтобы поставить под вопрос грандиозные успехи всей квантовой физики. На протяжении последовавших двадцати лет квантовая физика продолжала одерживать одну победу за другой, и никто не вспоминал о червоточине, таящейся в самой ее сердцевине [22] См. Jammer 1974, p. 247: «Несмотря на то что некоторые ведущие физики, такие как Эйнштейн и Шрёдингер, находились в оппозиции к взглядам Бора, огромное большинство физиков принимали идею дополнительности, то есть копенгагенскую интерпретацию, в общем безоговорочно, по крайней мере в первые два десятилетия после ее появления». .

Но почему квантовая физика вообще нуждается в интерпретации? Почему она просто не рассказывает нам, что представляет собой окружающий мир? Почему между Эйнштейном и Бором возник спор? Конечно же, ни Эйнштейн, ни Бор не сомневались, что квантовая физика работает. Но если они оба разделяли ее теорию, откуда могли у них взяться разногласия по поводу содержания этой теории?

Интерпретация нужна квантовой физике потому, что остается не вполне ясным, что именно эта теория говорит нам об устройстве мира. Используемый квантовой физикой математический аппарат непривычен и замысловат. Связь между этой математикой и миром, в котором мы живем, трудно увидеть. Все это резко отличается от физической теории, которую квантовая физика заменила собой, – от физики Исаака Ньютона. Ньютоновская физика описывает знакомый и простой трехмерный мир, наполненный твердыми объектами, которые движутся по прямым линиям, пока что-то не собьет их с пути. Математический аппарат ньютоновской физики описывает положение объекта тремя числами, по одному для каждого измерения, – эта тройка чисел называется вектором. Если я стою на лестнице на высоте двух метров от земли и от вас до этой лестницы три метра, я могу описать свое положение так: ноль, три, два. Ноль означает, что я стою прямо перед вами, не отклоняясь ни влево, ни вправо, три – что от вас до меня три метра, два – что я на два метра выше вас. Все просто и ясно, и никому не приходит в голову беспокоиться о том, как интерпретировать ньютоновскую физику.

Квантовая физика и связанная с ней математика устроены гораздо более странно. Если вы хотите знать, где находится электрон, вам требуется гораздо больше трех чисел – вам нужно бесконечное их количество. Для описания мира квантовая физика пользуется бесконечными наборами чисел – волновыми функциями. Эти числа приписываются различным положениям в пространстве: по числу на каждую его точку [23] Примечание для специалистов: я просто использую в качестве примера волновую функцию в пространстве точек для одночастичных стационарных состояний. Позже я перейду к более сложным вещам. . Если бы в вашем телефоне было приложение, измеряющее волновую функцию одиночного электрона, на экране высвечивалось бы одно число, приписанное месту, в котором находится ваш телефон. Там, где вы сейчас сидите, ваш «измеритель волновой функции» мог бы показывать, скажем, 5. Пройдите по улице до перекрестка, и он покажет, например, 0,02 [24] Иногда «измеритель волновой функции» может показать на табло и мнимое число, что-то вроде квадратного корня из минус единицы. Но сложности мы пока проигнорируем. . В самом простом виде это и есть волновая функция: множество чисел, приписанных различным местам.