Сборник - Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс

Более того, если физика являет собой пример того, как должна выглядеть зрелая научная дисциплина – которая не тратит время и силы на борьбу с идеями креационистов, – мы также должны отказаться от слепой привязанности к мысли, что механизмы эволюции – это истины, которые не подлежат обсуждению. Тяготение, как и эволюция, существует, но ньютоновский взгляд на тяготение был затем поглощен другой концепцией, которую 100 лет назад сформулировал Эйнштейн. Однако даже и сегодня продолжаются дебаты о том, не придется ли нам вновь модифицировать свое понимание гравитации, когда мы наконец разгадаем природу темной Вселенной.

Физик, Венский университет и Институт квантовой оптики и квантовой информации. Президент Австрийской академии наук. Автор книги Dance of the Photons («Танец фотонов»).

От чего нам следует отказаться, так это от идеи, что в квантовом мире нет никакой реальности. Эта идея возникла, возможно, по двум причинам: (1) потому что мы не всегда можем точно оценить то или иное физическое свойство; (2) потому что в широком спектре интерпретаций квантовой механики есть такие, которые предполагают, что квантовое состояние не описывает внешней реальности и что ее свойства, скорее, появляются в сознании наблюдателя. Поэтому сознание играет решающую роль.

Давайте рассмотрим знаменитый эксперимент с интерференцией на двойной щели. Такие или подобные эксперименты проводились не только с отдельными фотонами (или с другими видами частиц – нейтронами, протонами или электронами), но даже с пучками очень больших частиц, таких как сферические молекулы углерода C  60или C  70, известных как фуллерены. В правильно поставленном эксперименте вы увидите на экране позади двух щелей картину распределения фуллеренов с характерными максимумами и минимумами, возникающими из-за интерференции волн вероятности при их прохождении через обе щели. Но (вслед за Эйнштейном в его знаменитом споре с Нильсом Бором) мы можем спросить: «Через какую же щель проходит данная конкретная молекула-фуллерен?» Разве не естественно было бы предположить, что каждая молекула должна проходить либо через одну щель, либо через другую?

Квантовая физика не считает такой вопрос осмысленным. Мы не можем считать, что у частицы есть какое-то определенное положение, до тех пор пока не проведем эксперимент, позволяющий нам его однозначно определить. Пока мы этого не сделали, вопрос о положении фуллерена – и, соответственно, о том, через какую из щелей он прошел, – не имеет смысла.

Предположим теперь, что мы измерили положение конкретной частицы в пучке фуллеренов. Теперь у нас есть ответ. Мы знаем, где частица: она проходит либо через одну щель, либо через другую. В этом случае координата частицы является элементом реальности, и можно сказать, что квантовая физика описывает эту реальность. Но вот что интересно: приобретая точное знание одного рода (то есть знание координаты частицы), мы теряем знание другого рода (а именно знание, закодированное в интерференционной картине).

В какой момент тут вмешивается наше сознание? Квантовая механика говорит нам, что частица – до того как проведены какие-либо наблюдения над ней, – находится в суперпозиции состояний, соответствующих прохождению частицы через каждую из двух щелей. Если теперь установить два детектора, по одному у каждой из щелей, то либо один из них, либо другой зарегистрирует частицу. Но тут квантовая механика говорит нам, что в этом случае в момент измерения сам измерительный прибор оказывается в перепутанном состоянии с частицей, состояние которой определяется ее близостью к соответствующей щели, и следовательно, этот измерительный прибор и сам перестает быть вполне классическим – по крайней мере в принципе. Это перепутанное состояние сохраняется до тех пор, пока наблюдатель не зарегистрирует результат. Так что, если мы примем подобный ход рассуждений, получается, что это сознание наблюдателя формирует реальность.

Но нам не обязательно заходить так далеко. Достаточно допустить, что квантовая механика просто описывает вероятности возможных результатов измерений. Тогда получается, что наблюдение обращает возможность в действительность – или, в нашем случае, положение фуллерена превращается в количественную величину, о которой можно осмысленно рассуждать. Но точно определено его положение или нет, фуллерен всё равно существует. В эксперименте с двойной щелью он реален — пусть даже мы не можем точно сказать, где именно он находится.