Чарльз Флауэрс - 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

Идея о недетерминированности последствий физических актов или наших поступков имеет огромное значение для науки, философии и метафизики, независимо от возможных дополнительных толкований или замечаний. Новые идеи и модная терминология сумели «заразить» даже некоторые сферы литературы и поведения, не говоря уже о досужих вымыслах не очень умных популяризаторов науки. Собственно говоря, принцип дополнительности не имеет особого значения для нормальной человеческой жизни (не считая каких-то искусственных ситуаций, когда человек, например, пытается создать себе алиби или устроить глупый розыгрыш). Открытая Гейзенбергом квантовая неопределенность, о которой шла речь, относится к разряду «внутреннего распорядка физики» и описывает только поведение микроскопических объектов.

Существует известный эксперимент с рассеянием фотонов на двух параллельных щелях (он почти всегда входит в практикум студентов-физиков старших курсов), который используют для демонстрации волновых свойств света, поскольку рассеянные фотоны образуют интерференционную картину, характерную для любых волновых процессов. Дело в том, что при интерференции волн происходит их взаимное усиление или ослабление, создающее светлые и темные полосы на экране (именуемые на физическом языке отрицательным или положительным наложением), так что этот эксперимент совершенно ясен и понятен.

Однако обычно бедным студентам-физикам тут же демонстрируют еще один, очень похожий эксперимент, который представляется совершенно непонятным и ненаглядным. Пропуская единичные фотоны (т. е. заведомые частицы) через одну-единственную щель, студент естественно ожидает получить картину рассеяния разрозненных частиц, но вместо этого неожиданно вновь видит интерференционную картину! Электроны как бы «знают», что они являются в действительности волнами, и, соответственно, «выбирают» нужные траектории, соответствующие их волновой природе. В некотором смысле это означает также, что при рассеянии на двух щелях электроны одновременно проходят через обе щели.

Кошки относятся к самым популярным домашним животным, так что в любом книжном магазине США читатель всегда найдет целую кучу разных книг, посвященных этим прекрасным животным и их различным особенностям и привычкам. Возможно, именно поэтому один из самых известных мысленных экспериментов в квантовой механике, обсуждению которого уже посвящены сотни статей и несколько серьезных книг, связан именно с кошкой (что, разумеется, никак не должно обижать любителей собак). Когда-то Шрёдингер придумал некоторый эксперимент в качестве шутки, но его идея оказалась чрезвычайно интересной и привлекательной для обсуждения, в результате чего она не только сохранилась в истории физики, но и до сих пор привлекает внимание серьезных специалистов-физиков и любителей-философов, пытающихся понять квантово-механические парадоксы.

Все дело началось с того, что Шрёдингеру очень не нравились многие положения квантовой механики (включая его собственные открытия и их интерпретацию!) и ему показалось странным, что большинство коллег действительно начинают верить в существование некоей квантовой реальности, описываемой только наборами вероятностей положений и событий. Поэтому он придумал следующий мысленный эксперимент: живой кот помещается в изолированный закрытый ящик, где находятся также ампула со смертельным ядом (например, с цианистым калием), источник радиоактивного излучения и счетчик Гейгера, регистрирующий это излучение. Как только в счетчик попадает частица, срабатывает связанный со счетчиком механический молоточек, который разбивает ампулу с ядом и превращает ящик в «газовую камеру» для несчастного кота. Представляется очевидным, что в привычном нам макромире (в мире ньютоновских законов и падающих на голову по этим законам яблок) кот обречен на быструю и смерть. Демонстрируя коллегам абсурдность и переусложненность вероятностной трактовки квантовой механики, Шрёдин-гер предложил им рассмотреть судьбу кота, исходя из простого предположения, что вероятность радиоактивного распада составляет 50% в час (иными словами, вероятность обнаружить живого кота через час составляет 50%, через два часа – 25% и т. д.). Шрёдингер настойчиво обращал внимание коллег на то, что по квантовым вероятностям (т. е. в соответствии с правилами сложения волновых функций) вплоть до момента открытия ящика бедную киску следует учитывать в уравнениях как некую комбинацию живого и мертвого кота (50% живого + 50% мертвого и т.д.), хотя реальный кот, конечно, может находиться только в одном из этих весьма разных состояний.

Существование такой комбинации представляется нелепым всем (включая, разумеется, и самого кота), и Шрёдингеру казалось, что идея эксперимента наглядно демонстрирует ограниченность квантовой механики и нелепость ее последовательной, чисто вероятностной трактовки, Не тут-то было! Никому не нужный в макромире абстрактный котик вдруг оказался предметом острейших дискуссий. Многие физики стали воспринимать его судьбу в качестве еще одной иллюстрации непостижимости и таинственности квантового мира. Первоначальный замысел мысленного эксперимента и его идея оказались буквально сметены критикой, и стало считаться, что кот действительно может считаться формально живым или мертвьШ лишь после вскрытия ящика. До этого (подобно всем обитателям квантового мира) он должен находиться, пользуясь религиозной терминологией, в некотором квантовом «чистилище» и не может быть причислен ни к живым, ни к мертвым. Шутка Шрёдингера не удалась и сама сыграла злую шутку со своим автором.

Мало кто из нас согласился бы жить в «беззаконной» Вселенной, где нет определенных правил поведения и события чередуются совершенно случайно, подобно игре в рулетку. Рассказывают, что один из физиков даже покончил с собой, не в силах вынести философское и нравственное бремя, которое, как ему казалось, приносило с собой развитие квантовой физики, отвергающей детерминированность законов природы и, как следствие, разумность и обоснованность человеческих поступков.

Подводя некоторые итоги, можно отметить, что в течение очень короткого времени (первой трети XX века) в мировой науке произошли грандиозные изменения, связанные с новыми, потрясающими результатами. Сперва Хаббл показал, что кажущееся символом безмятежности ночное небо представляет собой в действительности бурлящую бездну из гигантских галактик, разбегающихся в разные стороны, затем Эйнштейн обнаружил совершенно невероятные свойства пространства-времени, а затем Бор и его команда доказали, что в основе мироздания лежит скорее случайность, чем определенность.