Джозеф Фаррелл - Звезда Смерти Гизы

Но тайна квантовой механики лишь углубляется при дальнейших попытках ответить на вопрос, существует ли такая «окончательная реальность» на самом деле. Это становится ясно, когда мы рассматриваем взаимосвязь между математической моделью и реальностью, которую она моделирует.

Квантовая теория — это метод математического представления квантового вещества; модель мира, выполненная в символах. То, что происходит в математических построениях на бумаге, происходит с квантовым веществом во внешнем мире. Квантовая теория должна включать как минимум следующие разделы: (1) некую математическую величину, обозначающую квантовое вещество; (2) закон, описывающий, каким образом это квантовое вещество претерпевает изменения; (3) правило соответствий, описывающее перевод теоретических символов во внешние процессы [215] Ibid., p. 41. .

Первым ученым, представившим такую теорию, был немецкий физик Вернер Гейзенберг.

В его теории система квантового вещества представлена так называемой матрицей, пример которой приведен ниже.

Существуют специальные правила для прибавления, вычитания, умножения и деления таких матриц, изучением которых занимается линейная алгебра, важнейшая математическая дисциплина для многих современных физических теорий. В каждой матрице есть ряды и колонки, а каждое число называется элементом матрицы. Гейзенберг создал модель квантового вещества на основе целого ряда таких матриц, поэтому его вариант квантовой теории часто называется «матричной механикой».

Матрица представляет собой квадратный массив чисел, похожий на километражную таблицу на дорожной карте, где перечислены расстояния между разными городами. Каждая матрица Гейзенберга представляет определенный атрибут, такой как энергия или момент движения, а названия городов в «километражной таблице» заменены конкретными значениями этого атрибута. Диагональные элементы матрицы обозначают вероятность того, что система обладает этим конкретным атрибутивным значением, а элементы, расположенные вне диагонали, обозначают силу неклассических связей между возможными значениями этого атрибута. Так например, момент движения электрона р представлен не числом, как в классической физике, но одной из таких матриц [216] Herbert, op. cit., p. 41 .

Принцип суммирования элементов по диагонали будет иметь важное значение, когда мы обратимся к дискуссии о том, как выбранная математическая модель может повлиять на интерпретацию реальности и исказить се.

Австрийский физик Эрвин Шредингер предложил вторую математическую модель квантового вещества для волновой формы [217] Ibid, p. 42. . И наконец, Поль Дирак символизировал «квантовое вещество как вектор, указывающий в определенном направлении в абстрактном пространстве, состоящем из множества измерений… Значительная часть теории Дирака связана с переходами от одной системы координат к другой и с векторными трансформациями» [218] Ibid. . Именно этот аспект квантовой механики обусловил ее огромный успех и гибкость в моделировании мира субатомных частиц. Он имеет своеобразную «многоязыковую поддержку», позволяющую физикам выбирать математическую модель, наиболее подходящую для той проблемы или ситуации, которую они хотят изучить [219] Herbert, op. cit., p. 43. .

Затем в истории физической науки произошло важное событие, так как теория разделилась на две ветви. Некоторые рассматривали теорию лишь как средство для манипулирования внешним миром, другие — как окно с видом на глубочайшую реальность микрокосмоса. Что это означало на самом деле?

Если ненадолго вернуться к матричной механике Гейзенберга, где различные атрибуты субатомной частицы (такой как электрон) моделируются рядом матриц, то вопрос о реальности выходит на первый план. Любая частица квантового вещества не обладает изначально присущими ей атрибутами. Эти атрибуты называются динамическими, так как они подвержены изменениям. В качестве примера можно привести положение частицы в пространстве или момент ее движения. Эти атрибуты как будто «возникают в самом контексте измерения» [220] Ibid., p. 46. , т. е. в силу простого акта их наблюдения. Возникает очевидный вопрос: если они создаются в силу наблюдения или в какой-либо степени подвержены влиянию наблюдателя, то в чем заключается реальность квантового вещества? Реально ли оно само по себе или же его наблюдение, так сказать, создает реальность?

Математик Джон фон Ньюман, о котором мы еще неоднократно упомянем, поставил этот вопрос в своем знаменитом «доказательстве»:

Фон Ньюман доказал, что если вы предполагаете, что электроны являются обычными объектами или состоят из обычных объектов, в сущности, с изначально присущими им динамическими атрибутами, то поведение этих объектов должно противоречить предсказаниям квантовой теории… Таким образом, согласно квантовой «Библии», электроны не могут являться обычными объектами и не могут состоять из ранее не наблюдаемых обычных объектов. Опираясь лишь на математическую форму, фон Ньюман доказал, что квантовая теория несовместима с реальным существованием объектов, обладающих изначальными атрибутами [221] Herbert, op. cit., p. 48, курсив в оригинале. .

Но почти сразу же после того, как фон Ньюман доказал это, физик Дэвид Бём доказал обратное.

Бём сконструировал модель электрона, обладающего изначальными динамическими атрибутами, соответствовавшую предсказаниям квантовой теории. Он сделал это, соединив электрон с новым полем, которое он назвал пилотной волной, «наблюдаемой лишь косвенно, через ее воздействие на электрон. В модели Бёма квантовое вещество не является единой субстанцией, сочетающей волновые и материальные свойства, но представляет собой две отдельных сущности, реальная волна плюс реальная частица» [222] Ibid, р. 48–49. .

В этой модели есть только одна проблема, вытекающая из предпосылки о постоянстве скорости света как верхней границы для любого ускорения. Для того чтобы теория Бёма работала, «каждый раз, когда где-либо что-то меняется, пилотная волна мгновенно сообщает электрону об этом изменении, что обуславливает передачу информации на сверхсветовой скорости. Тот факт, что сверхсветовые сигналы запрещены специальной теорией относительности Эйнштейна, веско свидетельствует против модели Бёма, но он так и не смог избавиться от этого неприятного обстоятельства» [223] Ibid.. p. 50. . Разумеется, это обстоятельство можно назвать неприятным лишь в том случае, если полностью игнорировать ротационный вариант эксперимента Майкельсона-Морли, предложенный Саньяком.