Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность [litres]

Уилер настолько любил работать с молодыми учеными, что он открывал двери тем, кого другие профессора вряд ли бы взяли. Отличным примером такого подхода был Питер Путнам, студент, чьи интересы лежали на пересечении философии, психологии и физики.

Обладавший прекрасными способностями, но скромный и одинокий, он оказался в Принстоне в качестве аспиранта вскоре после того, как его брат погиб на полях Второй мировой. Уилер ощутил близость к Путнаму, поскольку оба имели интерес к философии, и взял его к себе. Они много беседовали на тему: какую роль субъективный опыт играет в формировании реальности. Но нет сомнений, что частью их чувство товарищества уходило корнями в сходные события в прошлом. И хотя Путнам оставил науку и обеднел, их беседы помогли сформировать более поздние взгляды Уилера на связь между сознательным восприятием и квантовым миром.

В Градуэйт-колледже Мизнер обзавелся друзьями, разделявшими его любовь к математике, а также страсть к покеру и настольному теннису. Четыре молодых человека проводили много времени вместе и не теряли контакта даже после того, как учеба осталась позади.

Рожденный в Канаде, Хейл Троттер в конечном итоге занял место профессора математики в Принстоне, а затем получил пост декана. Харви Арнольд стал известным специалистом по статистике, Хью Эверетт III начал карьеру ученого в области, именуемой «теория игр», глубоко связанной с теорией вероятностей. Но в то же время он изучал и курс физики, включавший электромагнетизм и квантовую механику. На последнем использовался ставший классическим к тому времени учебник Джона фон Неймана.

Великолепная четверка часто собиралась в комнате Эверетта 88, они потягивали шерри, смешивали коктейли, развлекали себя играми и вели долгие дискуссии.

Эверетт всю жизнь был поклонником идей Эйнштейна, в возрасте двенадцати лет он написал австрийскому ученому письмо, где задал вопрос, почему вселенная остается целостной. Эйнштейн ответил, коротко, но дружелюбно, и слегка подразнил молодого человека за его любопытство.

Семьдесят пять лет великий ученый отметил 14 марта 1954 года.

Незадолго до этой даты собрался комитет, возглавляемый Оппенгеймером, чтобы решить, кому вручить Премию Альберта Эйнштейна, особую награду в честь австрийца. Победителем оказался Фейнман, получивший пятнадцать тысяч долларов и золотую медаль.

«Нью-Йорк Таймс» посвятила статью этому событию, отметив, что награда была «высочайшим знаком признания заслуг, лишь на шаг менее ценным, чем Нобелевская премия» 89.

14 апреля Эйнштейн в качестве приглашенного гостя прочитал особую лекцию в лаборатории Палмера студентам, проходившим курс Уилера по теории относительности. Выступление организовал на тот момент студент (позже ставший открывателем цветного заряда в сильном взаимодействии) Оскар Гринберг, которому пришлось держать все в секрете, чтобы избежать наплыва людей, желавших просто посмотреть на великого человека.

Само собой, Мизнер не мог пропустить такого события, и, по его словам, Эверетт тоже присутствовал.

Во время выступления Эйнштейн подчеркнул, что хотя он верит в способность квантовой механики невероятно успешно предсказывать результаты одного эксперимента за другим, в ней остаются логические трещины. Он нашел смехотворным, что связь наблюдателя и процесса измерений по-прежнему остается важной частью теории.

Если требуется человек, чтобы запустить процесс коллапса волновой функции до состояний, представляющих определенные измеряемые величины, то почему мышь не в состоянии сделать то же самое?

Весь процесс квантовых измерений требовал переработки в объективном, механистическом и догматическом духе.

Главной областью интересов Эверетта по-прежнему осталась теория игр, но он с интересом прошел курс квантовой физики, прочел фон Неймана и прослушал лекцию Эйнштейна и поэтому заинтересовался проблемой квантовых измерений. По совпадению, примерно в то же самое время Уилер начал искать среди магистрантов того, кто может взяться за проект в области общей теории относительности и ее квантования.

Магистранты разговаривают с Нильсом Бором во время его визита в Принстон в 1954 году. Слева направо: Чарльз Мизнер, Хейл Троттер, Нильс Бор, Хью Эверетт и Дэвид Харрисон.

Источник: фотография Алана Ричардса, AIP Emilio Segre Visual Archives.

Осенью того же года Бор провел целый семестр в институте перспективных исследований, консультируясь с Уилером, Оппенгеймером, Юджином Вигнером и др. Он привез с собой из Дании молодого ассистента, Оге Петерсена, и 16 ноября прочитал лекцию в Градуэйт-колледж, на которой присутствовали Мизнер и Эверетт.

Одним из основных вопросов выступления стала теория квантовых измерений.

Как Эйнштейн с конца двадцатых не уходил из оппозиции к квантовой неопределенности, так же Бор не отступал от собственной интерпретации квантовой физики. Он подчеркивал, что квантовая механика нечто вроде черного ящика. Ответы, которые мы получаем с ее помощью, зависят от того, какого типа измерения мы проводим. Если мы начинаем эксперимент, чтобы узнать свойства частицы в некоторой системе, то мы получим «частицеподобный» ответ. Если мы переключаемся на опыт, где имеем дело с волнами, то наши результаты будут «волноподобными». Полного знания субатомного мира достичь невозможно, считал Бор, всегда останутся квантовые тайны. Подобно посвященным в восточные мистерии, мы просто должны принимать тот факт, что не все загадки природы можно разгадать.

Неразборчивая речь датчанина, его мягкое бормотание делало эти заявления еще более загадочными.

Молодые физики сохраняли уважение к Эйнштейну и Бору, но большей частью они придерживались более практичных интерпретаций проблемы квантовых измерений. Идея фон Неймана, последовательно отображенная в его учебнике, предлагала наилучшее описание того, что тогда уже начинали именовать «Копенгагенской интерпретацией».

Занимаясь квантовыми измерениями, ты получаешь один физический параметр, именуемый измеряемой величиной. Например, если ты ищешь способ определить местонахождение частицы, то ее позиция будет измеряемой величиной. До измерения квантовая система состоит из комбинации возможностей – например, смеси определенного количества одного позиционного состояния, определенного количества другого и так далее, и все это именуется «суперпозиционным состоянием». Эта смесь постепенно изменяется в соответствии с уравнением Шредингера. Но в тот момент, когда проводится измерение, система случайным образом коллапсирует до одного из позиционных состояний, словно карточный домик, рушащийся неким произвольным образом.