Рис. 10

Выстреливая единичный фотон, мы принципиально не можем предсказать, куда он попадет, а можем предсказать только вероятность того или иного исхода. Зато можем точно сказать, что при выстреливании огромного числа фотонов они поровну распределятся по обоим детекторам.

Сотни лет физики знали: один и тот же эксперимент, поставленный в одних и тех же условиях, должен давать одинаковый результат. Это ж наука! Это основы! И вдруг в квантовой механике мы получаем при одних и тех же условиях разные результаты: то туда частица шлепается, то сюда. А куда шлепнется, точно предсказать невозможно.

И этот факт вызвал взрыв мозга и настоящую революцию в сознании физиков. Физики к такому не привыкли. Выяснилось, что и в самом деле «Бог играет в кости», по меткому выражению Эйнштейна, то есть сама природа не может предсказать результатов происходящего, во что Эйнштейну, как физику старой закалки, верить не хотелось. Забегая вперед, скажем, что природа действительно оказалась именно такова: в основу мироздания вшита принципиальная случайностность. И это окончательно поставило крест на абсолютизме ньютоновской механики и вывело мир из-под гнета фатализма и тотальной предопределенности всех событий. Открылось окошко для основания свободной воли и, значит, сознания (в механистическом мире Ньютона сознание было совершенно ненужным и даже лишним атрибутом).[7]

Здесь, наверное, нужно сделать небольшой пояснение для дам и гуманитариев. Человечество встречалось со случайностями и во времена Ньютона. Например, при игре в кости. Сама математическая теория вероятности зародилась задолго до появления квантовой механики. Мы все прекрасно знаем, что вероятность выпадения шестерки при броске кубика равна одной шестой. Но разница между случайностью в ньютоновском мире и случайностью квантовой принципиальна! Считается, что, обладай мы полными знаниями о кубике, о поверхности, на которую он упал, обо всех углах, скоростях и усилиях броска, мы могли бы, пользуясь механикой, вычислить результат броска. Просто мы всего этого не знаем, поэтому вынуждены считать результат броска случайным. Правда, насчет кубика – это не однозначный пример, поскольку возможны, наверное, некие «спорные» ситуации при его отскоках на ребре, когда все решает один квант энергии, поэтому обратимся для примера лучше к колоде карт.

Вот автомат в игральном зале казино перетасовал нам колоду карт, которые разложены и лежат вверх рубашками, и мы тянем одну карту. Для нас выбор карты будет случайным, поскольку ни мы, ни тем более тупой автомат не знаем ничего о расположении карт в колоде. И если карт 54, то вероятность вытянуть, скажем, туз пик, равна 1/54.

Однако мы твердо знаем, что карты уже как-то лежат! То есть если мы вытащили даму червей, то эта дама здесь и лежала. В квантовом мире все не так. Там нет значения до измерения, о чем мы еще будет говорить. Там значение творится фактом измерения/наблюдения/воздействия. Фигурально выражаясь, квантовая колода карт не имеет под рубашкой картинок. Картинка возникает только в момент, когда мы переворачиваем карту. Вот чем отличается ньютоновская случайность от квантовой. Вот во что не мог поверить Эйнштейн, полагая наши знания о квантовом мире неполными.

И старика можно понять: ведь случайность нарушает принцип причинности! Если абсолютно одинаковые причины приводят в микромире к разным последствиям, то как жить в таком неопределенном мире, в конце концов, ведь мы все тоже состоим из микрочастиц?..

В общем, мир с появлением квантовой механики стал истинно непредсказуемым. А принцип неопределенности оказался в философском смысле шире, чем его пытались объяснить в первом приближении (мол, измеряя квантовую систему, мы ее меняем, потому и не можем ничего точно о ней узнать)… Да, действительно, измеряя показатели системы, мы и вправду воздействуем на нее! Но это не значит, что у системы до измерения объективно были какие-то показатели!

Это замечание столь важно, что на нем нужно остановиться подробнее.

Глава 4

Как творится реальность

Начиная с 20-х годов прошлого века развитие квантовой механики понеслось вскачь, и на сегодня это одна из самых разработанных и самых проверенных и используемых на практике теорий, с помощью которой решается множество задач. Ее математика безупречна. Но при этом до сих пор остается открытым вопрос: а что стоит за этим математическим аппаратом? Какая физическая реальность? Или физическая нереальность?

Вот смотрите. У нас, допустим, есть две черные коробки – А и Б. И один белый шарик, который лежит в этих коробках. Поскольку шарик один, а коробок две, шарик лежит только в одной из них. Надеюсь, это не слишком сложно для понимания? Как теперь определить, в какой черной коробке лежит белый шарик? Очень просто – открыть и посмотреть! То есть провести эксперимент.

Если мы открыли коробку А, а в ней лежит белый шарик, какой вывод мы сделаем? Что белый шарик и лежал в этой коробке до того, как мы подняли крышку.

А если мы открыли коробку и в ней нет белого шарика? Значит, белый шарик лежит в другой коробке! И он там находился до того, как мы провели эксперимент и открыли пустую коробку.

Это все настолько элементарно, что любые объяснения только затемняют кристальную ясность происходящего.

Белый шарик, если он один, может находиться только в одной из коробок! Баста!

В квантовом мире все не так. Уравнения квантовой механики утверждают: квантовая система находится в суперпозиции до момента измерения. Иными словами, если формулы говорят, что частица после замера может с вероятностью 50 % оказаться в области А и с вероятностью 50 % – в области Б, то до замера она находится одновременно и в области А, и в области Б. Она «размазана» по обеим областям, только потому и может в какой-то из них проявиться. Что и называется суперпозицией состояний. Это как один электрон, пролетающий одновременно через две щели.

Отсюда вытекает, полагал Бор, что квант не обладает определенными свойствами до замера, а эти свойства у него возникают при замере, то есть порождаются самим экспериментатором. И даже спрашивать бессмысленно, были у кванта какие-то определенные свойства или нет до замера. Это вообще не физический вопрос, а философский. А физика – наука конкретная, она имеет дело только с тем, что можно измерить, а если не измерили, то и говорить не о чем! Иными словами, физика имеет дело не с реальностью, а с результатами замеров. Которые по привычке и называет реальностью.

Альберт Эйнштейн в отличие от Нильса Бора с этим никак не мог согласиться. Да, говорил он, из формалистики квантовой механики и вправду вытекает