Рут Озеки - Моя рыба будет жить

Кажется, достаточно просто; но цель этого мысленного эксперимента не в том, чтобы истязать несчастного кота. Смысл не в том, чтобы убить его или спасти, и даже не в том, чтобы подсчитать вероятность обоих исходов. Смысл в том, чтобы проиллюстрировать ставящий в тупик парадокс, так называемую проблему измерения в квантовой механике: что происходит с запутанными частицами в квантовой системе, которую наблюдают и где проводят измерения.

Кот и атом олицетворяют собой запутанные частицы [163] Эрвин Шредингер придумал термин « запутанность » в ходе своего мысленного эксперимента. Позднее Эйнштейн назвал запутанность «неким жутким дальнодействием». . Запутанность означает, что у них могут быть общими некие определенные характеристики или поведение, в нашем случае — их судьба в ящике: распавшийся атом = мертвый кот и нераспавшийся атом = живой кот . Два ведут себя как одно. Внутри ящика спутанная пара атом/кот — это часть квантовой системы, измеряемой наблюдателем — скажем, тобой.

Теперь давай сделаем небольшое отступление, потому что, дабы продолжить, нам необходимо разобраться еще в двух фундаментальных квантовых феноменах: суперпозиции и проблеме измерения . Представь, что вместо запутанной системы кот/атом в ящике находится единственный электрон. До того как ты откроешь коробку, чтобы пронаблюдать его, электрон существует исключительно как волновая функция, то есть как множество самого себя во всех точках внутри ящика, где он может находиться. Это квантовый феномен, называемый суперпозицией : частица способна находиться одновременно во всех возможных состояниях. (Представь фотографию тигра в клетке, сделанную на долгой выдержке, причем затвор срабатывает каждую пару секунд. На проявленной фотографии тигр будет выглядеть как размазанное пятно. В микроскопической квантовой вселенной, управляемой принципом суперпозиции, тигр и есть пятно.)

Проблема измерения возникает в тот момент, когда ты поднимаешь крышку ящика, чтобы пронаблюдать за частицей. Когда ты это делаешь, волновая функция коллапсирует в единственное состояние, фиксируясь в пространстве и времени. (Возвращаясь к аналогии тигра, пятно опять становится одним зверем.)

О’кей, теперь давай вернемся к коту, запутанному с радиоактивным атомом. Состояние, которое мы тут измеряем, — это не местонахождение тигра, а, скорее, запутанная система атом/кот. Вместо возможных положений тигра в клетке мы замеряем уровень живости кота, так сказать, его экзистенциальный статус.

Мы знаем, что в соответствии с проблемой измерения в тот момент, как ты открываешь крышку ящика, ты находишь кота либо живым, либо мертвым. В пятидесяти процентах случаев кот будет жив. В других пятидесяти процентах он будет мертв. Каково бы ни было его состояние, оно однозначно и зафиксировано в пространстве и времени.

Однако же, до того как ты откроешь ящик, чтобы провести измерения, состояние кота должно быть множественным и размазанным, как размытое изображение тигра. Согласно квантовым принципам запутанности и суперпозиции, пока ты не пронаблюдаешь кота, он должен быть и жив, и мертв одновременно .

Конечно, это заключение абсурдно, что и стремился доказать Шредингер. Но его мысленный эксперимент поднял любопытные вопросы: в какой момент времени квантовая система перестает быть суперпозицией всех возможных состояний и становится вместо того единичным, «или/или», состоянием?

И, если копать глубже, требует ли существование единичного кота — мертвого или живого, неважно, — внешнего наблюдателя, то есть тебя? А если не тебя, то кого? Может ли кот наблюдать сам себя? Может, мы все существуем во множестве всех возможных состояний одновременно, не имея внешнего наблюдателя?

Было много попыток интерпретировать этот парадокс. Копенгагенская интерпретация, сформулированная Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом в 1927 году, поддерживает теорию коллапса волновой функции. Согласно этой интерпретации, в момент наблюдения квантовая система коллапсирует из состояния суперпозиции, и все возможности сливаются в одну. И коллапс этот не может не произойти, потому что этого требует реальность макромира. Проблема в том, что до сих пор никто так и не смог подвести под эту интерпретацию математическое обоснование.

Интерпретация множественных миров, предложенная американским физиком Хью Эвереттом в 1957 году, бросает вызов теории коллапса волновой функции, постулируя, что квантовая система в состоянии суперпозиции продолжает существовать, но расщепляется.