Аманда Гефтер - На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё

На деле в квантовой теории было что-то гораздо более странное, чем в теории относительности. По крайней мере, в теории относительности существует некая фундаментальная реальность – единое четырехмерное пространство-время, которое просто по-разному выглядит в разных системах отсчета, связанных с наблюдателями, и теория Эйнштейна любезно предлагает инструменты, такие как преобразования Лоренца или диффеоморфные преобразования для перехода между различными системами. Но что является фундаментальной реальностью в квантовой теории? В этой теории как будто не существует реальности вовсе, пока кто-то не сделал измерения.

Конечно, если бы это было так, то не существовало бы наблюдателей, чтобы провести измерения. Наблюдатель сам должен обитать в реальном мире. В этом состояла основная проблема с интерпретацией Бора. Если измерения определяют реальность, то измерительный прибор должен находиться вне реальности, что даже в сумасшедшем квантово-механическом мире выглядит абсолютно невозможным. Кроме того, любой измерительный прибор, включая самого человека, в конечном счете состоит из субатомных частиц, и проведение какой-либо онтологической грани между ними просто вызывает приступ шизофрении.

Утверждение, что частица не имеет никаких «реальных» свойств до тех пор, пока кто-то не измерит их, выглядит особенно странно, когда понимаешь, что некоторые свойства не могут быть измерены одновременно. Это означает, что определенные свойства не могут существовать одновременно. Например, положение в пространстве и импульс частицы. Не существует никакого мыслимого способа измерить одновременно и положение частицы в пространстве, и ее импульс с идеальной точностью. Если вы хотите точно измерить положение частицы, то вам необходимо жестко зафиксированное измерительное устройство, которое не будет двигаться, когда частица столкнется с ним, в противном случае его движение исказит результат измерения. Но если вы хотите точно измерить импульс частицы, то для этого лучше выбирать измерительное устройство, способное легко двигаться при попадании в него частицы, так что его откат регистрирует импульс, переданный частицей.

Неважно, как вы проводите эти измерения: они в любом случае взаимно исключающие. Чем точнее вы знаете положение частицы в пространстве, тем менее точно вы знаете ее импульс. И это не просто практический вопрос. Это не просто потому, что вы не можете измерить то и другое сразу. Частица не может иметь их одновременно. Соотношение неопределенности между координатами и импульсом лежит в основе квантовой теории. Волновая функция частицы в координатном представлении и волновая функция той же частицы в импульсном представлении являются Фурье-образами друг друга – это два в равной степени пригодных, но взаимоисключающих представления одного и того же. Выбрав одно из них, надо забыть о другом. Распределение вероятностей, закодированное в волновой функции, отражает факт такого взаимного исключения. Если вы предположите, что частица обладает одновременно определенным импульсом и определенным положением в пространстве, то полученное распределение вероятностей приведет к расхождению с экспериментом. Другими словами, вы можете делать вид, что все это чисто техническая проблема, отражающая наши ограниченные возможности проводить измерения, а вовсе не фундаментальные свойства реальности, но тогда вы будете получать ошибки.

Таково положение вещей. Частица не может одновременно обладать точно определенными положением в пространстве и импульсом, но наблюдатель может измерить одно из них и волен выбрать то свойство частицы, которое необходимо измерить. Мораль: не существует реальности в обыденном смысле, скрывающейся за квантовой сценой, не существует никакого объективного эйнштейновского мира, который не зависит от наблюдателя. Есть просто вещи, которые мы измеряем. Это походит на парадокс, но, как говорил Фейнман: «парадокс» – это только конфликт между реальностью и ощущением того, что, как мы полагаем, «должно реальностью быть».

Мне было ясно, что в нашей охоте за окончательной реальностью нам с отцом надо быть готовыми к тому, что земля вдруг уйдет у нас из-под ног. Реальность, согласно квантовой теории, – это совсем не фунт изюму, это не привычный нам уютно освещаемый луною мир, который мы знали. Но было также ясно, что Бор и его последователи еще не сказали последнего слова в интерпретации теории – поскольку не существует четкого разграничения между наблюдателем и наблюдаемым миром. Если, предположительно, эта мнимая разделительная линия отмечает место рождения реальности, то было бы важно узнать, что происходит с реальностью, когда эта разделительная линия стирается.