Амит Госвами - Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир

Случайность атомных событий — так сказать, капризность судьбы — несовместима с детерминизмом. Детерминист думает о вероятности так, как о ней принято думать в классической физике и в повседневной жизни: это свойство больших совокупностей объектов — совокупностей столь больших и сложных, что на практике мы не можем их предсказывать, хотя в принципе такое предсказание возможно. Для детерминиста вероятность — это просто удобство мышления: физические законы, управляющие движениями отдельных объектов, являются полностью определенными, и потому, полностью предсказуемыми. Эйнштейн полагал, что так обстоит и с квантово-механической вселенной. За квантовыми неопределенностями стоят скрытые переменные. Вероятности квантовой механики нужны просто для удобства. Будь это так, квантовая механика была бы теорией совокупностей. Действительно, если бы не применяли вероятностное волновое описание к единичному квантовому объекту, то не сталкивались бы с волнующими нас парадоксами — корпускулярно-волновой дополнительностью и неотделимостью квантового объекта от обстоятельств его наблюдения.

К сожалению, все не так просто. Рассмотрение двух квантово-механических экспериментов покажет, как трудно дать рациональное объяснение парадоксов квантовой физики.

Мы никогда не можем видеть волновой аспект единичной частицы. Всякий раз, когда мы смотрим, нашему взгляду предстает лишь локализованная частица. Должны ли мы, поэтому, допускать, что решение представляет собой трансцендентную метафизику? Или нам следует отказаться от мысли о существовании волнового аспекта единичной волночастицы? Быть может, волны, с которыми имеет дело квантовая физика, — это свойство, присущее только группам или совокупностям объектов?

Чтобы определить, так ли это, мы можем проанализировать эксперимент, обычно используемый для изучения волновых явлений, — так называемый двухщелевой эксперимент. В обстановке этого эксперимента поток электронов проходит через перегородку с двумя узкими щелями (см. рис. 14). Поскольку электроны — это волны, двухщелевая перегородка делит электронный луч на два набора волн. Затем эти волны интерферируют друг с другом, и экспериментаторы видят результат интерференции на флуоресцентном экране.

Рис. 14. Двухщелевой эксперимент для электронов

Довольно просто? Позвольте мне рассмотреть феномен интерференции волн. Если вы не знакомы с явлением интерференции, его можно легко продемонстрировать, стоя в ванне, наполненной водой, и ритмично маршируя на месте, в результате чего возникают две серии волн на воде. Волны будут создавать интерференционную картину (рис. 15, а). В одних местах они будут усиливать друг друга (рис. 15, б), а в других — взаимно уничтожаться (рис. 15, в). В результате возникает интерференционная картина.

Рис. 15. а — когда волны на воде интерферируют, создается интересная картина взаимных усилений и погашений; б — когда волны приходят в одной фазе, они усиливают друг друга; в — волны, приходящие в противофазе, погашают друг друга

Точно так же на флуоресцентном экране есть места, куда волны электронов от обеих щелей приходят в одной фазе; в таких местах их амплитуды складываются, и суммарная волна усиливается. Между этими яркими пятнышками имеются места, куда волны приходят в противофазе и погашают друг друга. Таким образом, результат этой созидательной и разрушительной интерференции выглядит на экране как узор из чередующихся светлых и темных полос — интерференционная картина (рис. 16). При этом важно, что интервалы между полосами позволяют измерять длину волны электронных волн.

Рис. 16. Интерференционная картина вспышек на экране

Однако вспомним, что волны электронов представляют собой волны вероятности. Поэтому мы должны говорить именно о вероятности: электроны, попадающие в светлые области, имеют высокую вероятность, а электроны, попадающие в темные области, — низкую вероятность. Мы не должны увлекаться и на основании интерференционной картины делать вывод, что волны электронов — это классические волны, поскольку электроны все же попадают на флуоресцентный экран так, как это положено частицам: каждый электрон дает одну локализованную вспышку. Именно совокупность пятен, образованных большим числом электронов, выглядит как картина интерференции волн.

Предположим, что мы идем на интеллектуальный риск и делаем электронный луч очень слабым — настолько слабым, что в любой данный момент щелей достигает только один электрон. Получаем ли мы по-прежнему интерференционную картину? Квантовая механика однозначно отвечает — да. Вы можете возразить — нельзя получить интерференцию без разделения луча. Разве для интерференции нужны не две волны? Может ли единичный электрон разделяться, проходить через обе щели и интерферировать сам с собой? Да, может. Квантовая механика отвечает на все эти вопросы положительно. По словам одного из пионеров новой физики, Поля Дирака: «Каждый фотон (или, в данном случае, электрон) интерферирует только сам с собой». Квантовая механика предлагает математическое доказательство этого абсурдного утверждения, но это единственное утверждение ответственно за всю удивительную магию, на которую способны квантовые системы и которая подтверждена множеством экспериментов и технологий.

Попробуйте представить себе, что электрон проходит на 50% через одну щель и на 50% через другую щель. Легко рассердиться и не верить в это странное следствие квантовой математики. Действительно ли электрон проходит через обе щели одновременно? Почему мы должны принимать это на веру? Мы можем выяснить это путем наблюдения. Мы можем направить на щели фонарь (метафорически говоря), чтобы видеть, через какую щель электрон проходит на самом деле.

Итак, мы включаем свет и, видя электрон, проходящий через ту или другую щель, смотрим, где на флуоресцентном экране возникает вспышка (рис. 17). Мы обнаруживаем, что каждый раз, когда электрон проходит через щель, его вспышка появляется точно позади щели, через которую он проходит. Интерференционная картина исчезла.