Сабина Хоссенфельдер - Уродливая Вселенная [Как поиски красоты заводят физиков в тупик]

«Почему вокруг столько споров насчет “правильной” интерпретации, если это не привязано к экспериментальным проверкам?» – спрашиваю я.

«Насколько я понимаю, – говорит Чед, – есть раскол между эпистемологическим и онтологическим лагерями. В онтологическом лагере волновая функция считается реальным объектом, который существует и меняется, а в эпистемологическом лагере считается, что на самом деле она лишь описывает, что мы знаем, – просто количественно выражает наше незнание о мире. И кого угодно можно поместить куда-то в непрерывный спектр между этими двумя интерпретациями».

«На одном конце спектра люди находят оскорбительным периодический коллапс. Им кажется безобразным верить в эпистемологический подход. На другом же конце – классический аргумент Эйнштейна “Существует ли Луна, когда на нее никто не смотрит?”».

Эйнштейн был убежден, что квантовая механика неполна. Он считал, что объекты должны иметь однозначные свойства, наблюдает ли кто-то за ними или нет. Аргумент, заключающийся в том, что нелепо думать, будто Луны не существует, когда никто на нее не смотрит, иллюстрирует его позицию [79] История этого аргумента зафиксирована в статье Абрахама Пайса, см.: Pais A. 1979. Einstein and the quantum theory . Rev. Mod. Phys. 51: 907. В ней говорится: «Мы часто обсуждали его представления об объективной реальности. Я помню, как во время одной из прогулок Эйнштейн резко остановился, повернулся ко мне и спросил, действительно ли я верю, что Луна существует только тогда, когда я на нее смотрю». . Только помните, что мы и не ожидаем от крупных объектов квантовых свойств из-за декогеренции. Как и кот Шрёдингера, луна Эйнштейна – это преувеличение, призванное иллюстрировать проблему, а не проблема сама по себе.

Чед объясняет, в чем привлекательность «лунного» аргумента Эйнштейна: «Объекты должны существовать независимо от того, обладают ли люди какой-то информацией о них или нет. Людям хочется, чтобы существовала незыблемая реальность, так что на онтологическом конце спектра им кажется кощунством говорить, будто нечто на самом деле не существует, пока вы не измерите некое свойство. Таким образом, на любом конце спектра люди находят что-либо отвратительное с другого конца».

«А где вы сами на этом спектре?» – любопытствую я.

«Мне видится некоторая ценность с любой стороны, откуда ни посмотреть, – отвечает Чед. – Я в значительной степени согласен, что познаем мы информацию о мире, но мне также комфортно верить, что есть некое состояние, о котором эта самая информация сообщает. Так что я болтаюсь где-то посередине, ни рыба ни мясо».

«В физике элементарных частиц, – говорю я, – люди критикуют те вещи, что им не нравятся, поскольку видят такие изъяны, как указания на теорию получше. В основаниях квантовой физики происходит то же самое?»

«Мне кажется, не вполне то же самое, – отвечает Чед. – В физике элементарных частиц есть несколько совершенно конкретных количественных проблем. На них можно указать, просто мы не в силах их разрешить. Например, темная энергия. Мы выполняем расчеты для энергии вакуума – и она оказывается на 120 порядков большей, а затем приходится делать что-нибудь дурацкое, чтобы избавиться от этой нестыковки. В основаниях же квантовой физики мы все можем соглашаться с тем, [что получается, когда вы посылаете электрон через двойную щель]. Вопрос в том, что, как вам кажется, происходит до того».

«Все могут использовать существующий [математический] формализм, произвести вычисления и получить правильный результат вплоть до какого-то невообразимого знака после запятой. Так что проблема не количественная. Она гораздо более философская, чем проблемы в физике элементарных частиц. И тут и там присутствует эстетическая составляющая. И тут и там есть ощущение, что так быть не должно, ведь с математической точки зрения это безобразно. Однако в основаниях квантовой физики нет количественных разногласий. Людей не устраивают странные вещи, которые, как мы знаем, должны быть верны, так что все пытаются отыскать какие-то обходные пути».

«Многие философские вещи, с которыми вы сталкиваетесь, погружаясь в квантовый мир, лишь на один шаг отстоят от по-настоящему нелепой философии вроде вопроса Юджина Вигнера, почему мы вообще можем описывать что-либо с помощью математики 116. При такой постановке вопроса вы лишаетесь сна, гадая, почему же Вселенная подчиняется простым, элегантным математическим законам, если на то нет никаких причин. Но вы можете отмахнуться от всего этого и сказать: “Слушайте, у нас есть простые, элегантные законы, и мы можем производить вычисления!” Вот я примерно так чувствую».

«Но когда вы пытаетесь найти новую теорию, разве такое отношение плодотворно?» – спрашиваю я.

«В том-то все и дело, – говорит Чед. – Возможно, нам следует размышлять над этими философскими вопросами и вещами, не поддающимися расчету. Но может, математика попросту неприглядна и кто-то должен сквозь нее продираться?»

• Квантовая механика работает изумительно, однако многие физики жалуются, что она не понятна интуитивно и уродлива.

• Интуицию кует опыт, а квантовая механика – довольно молодая теория. Будущим поколениям она, возможно, покажется более интуитивно понятной.

• И в основаниях квантовой механики тоже неясно, какая же насущная проблема требует решения.

• Может, понять квантовую механику просто сложнее, чем мы думали.

В которой я пытаюсь выяснить: было бы кому-нибудь дело до законов природы, будь они некрасивы? Я заскакиваю в Аризону, где Фрэнк Вильчек посвящает меня в свою скромную «теорию чего-то», а затем лечу на Мауи и слушаю Гарретта Лиси. Мне открываются некоторые неприглядные факты, и я подсчитываю физиков.

В последний раз теория всего была у человечества 2500 лет назад. Греческий философ Эмпедокл предположил, что мир соткан из четырех элементов: земли, воды, воздуха и огня. Аристотель позже добавил пятый, божественный элемент – эфир. Никогда больше объяснение всего не было таким простым.

В философии Аристотеля каждый элемент характеризуется двумя свойствами: огонь сухой и теплый, вода влажная и холодная, земля сухая и холодная, а воздух влажный и теплый. Изменения происходят, поскольку (1) элементы стремятся к своим «естественным местам» – воздух поднимается вверх, камни падают вниз и так далее – и (2) могут менять на противоположное по одному своему свойству зараз, если тому нет препятствий: так, например, сухой и теплый огонь может превратиться в сухую и холодную землю, а влажная и холодная вода – во влажный и теплый воздух.