Карло Ровелли - Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Итак, как вычислить вероятность того, что электрон, находившийся в определенной начальной позиции A , спустя заданное время вновь возникнет в той или иной финальной позиции B ?

В 1950-х годах Ричард Фейнман, о котором я уже упоминал, нашел весьма интересный метод выполнения таких вычислений: рассмотрим все возможные траектории от A до B , то есть все мыслимые траектории, которым может следовать электрон, – прямые, искривленные, зигзагообразные… Каждая траектория определяет некоторое число. Вероятность получается путем суммирования всех этих чисел. Подробности вычислений несущественны, зато важен тот факт, что все траектории от A до B дают свой вклад, как будто электрон, чтобы попасть из A в B , проходит по всем возможным путям, или, иными словами, превращается в облако, чтобы затем загадочным образом собраться в точке B , где он вновь с чем-то сталкивается (рис. 4.7).

Рис. 4.7.При перемещении из точки A в точку B электрон ведет себя так, как будто проходит по всем возможным траекториям

Этот прием вычисления вероятности квантового события называется фейнмановским суммированием по путям [80], и мы увидим, что он играет важную роль в квантовой гравитации.

Третье открытие, касающееся нашего мира, выражаемое квантовой механикой, – самое глубокое и сложное, и его не предвидели античные атомисты.

Теория не описывает вещи такими, какие они есть , она описывает, как вещи проявляются и как они взаимодействуют друг с другом . Она описывает не то, где находится частица, но то, как частица проявляет себя по отношению к другим . Мир существующих вещей сокращается до мира возможных взаимодействий. Реальность редуцируется до взаимодействия [81].

В некотором смысле это лишь расширение относительности, хотя и весьма радикальное. Аристотель первым отметил, что мы воспринимаем лишь относительную скорость. На корабле, например, мы говорим о нашей скорости относительно корабля; на суше – относительно Земли. Галилей понял, что этим объясняется, почему мы не чувствуем движения Земли относительно Солнца. Скорость – это не свойство объекта самого по себе, это свойство движения объекта по отношению к другому объекту . Эйнштейн перенес понятие относительности на время: мы можем сказать, что два события одновременны, только относительно определенного состояния движения. Квантовая механика радикальным образом расширяет эту относительность: все переменные аспекты объекта существуют только в отношении к другим объектам. Природа рисует мир только с помощью взаимодействий.

В мире, описываемом квантовой механикой, не существует ничего реального, за исключением отношений между физическими системами. Не объекты входят в отношения, но отношения служат основанием для выделения объектов. Мир квантовой механики – это не мир объектов, это мир событий. Вещи построены из случающихся элементарных событий. В 1950-х годах философ Нельсон Гудман замечательно выразил эту идею словами: «Объект – это монотонный процесс». Камень – это вибрация квантов, сохраняющая во времени свою структуру, точно так же как морская волна сохраняет самотождественность, пока не рассеется в море.

Что есть волна, которая движется по воде, не перенося с собой ни единой капли? Волна не объект в том смысле, что она не состоит из материи, которая движется вместе с ней. Атомы нашего тела тоже входят в нас и покидают нас. Мы, как волны и как все объекты, – потоки событий; мы – процессы, монотонные в течение короткого времени…

Квантовая механика описывает не объекты: она описывает процессы, а также события, который служат точками соединения процессов.

Подводя итоги, скажем, что квантовая механика открыла три аспекта нашего мира.

• Зернистость . Информация, содержащаяся в состоянии системы, конечна и ограничена постоянной Планка.

• Неопределенность . Будущее не предопределено однозначно прошлым. Даже наиболее твердо установленные нами закономерности в основе своей статистические.

• Реляционность . События в природе – это всегда взаимодействия. Все события, случающиеся с системой, касаются отношений с другими системами.

Квантовая механика учит нас думать о мире не в терминах объектов , которые в нем есть, но в терминах процессов. Процесс – это переход от одного взаимодействия к другому. Свойства объектов проявляются в зернистости только в моменты взаимодействий, то есть на границах процессов, и потому лишь в отношениях с другими объектами. Их нельзя предсказать однозначным образом, но лишь вероятностно .

Это и есть головокружительное погружение в глубину природы вещей, предпринятое Бором, Гейзенбергом и Дираком.

Конечно, квантовая механика – это триумф эффективности. И всё же… уверены ли вы, дорогой читатель, в полном понимании того, что именно квантовая механика нам открывает? Электрон нигде не находится, когда он не взаимодействует… хм… объекты существуют, лишь прыгая от одного взаимодействия к другому… так-так… Не кажется ли все это слегка абсурдным?

Эйнштейну это казалось абсурдным.

С одной стороны, Эйнштейн номинировал Вернера Гейзенберга и Поля Дирака на Нобелевскую премию, признавая, что они поняли о нашем мире нечто фундаментально важное. С другой стороны, при любой возможности он ворчал, что эти идеи лишены смысла.

Молодые львы из Копенгагенской группы были в растерянности: как это может исходить от самого Эйнштейна ? Их духовный отец, человек, которому хватило смелости думать о немыслимом, теперь тянул их назад, испуганный новыми шагами в неведомое – теми самыми шагами, к которым сам же и подтолкнул. Как могло случиться, что тот Эйнштейн, который научил нас, что время не универсально, а пространство искривляется, говорит теперь, что мир не может быть настолько странным?

Нильс Бор спокойно объяснял новые идеи Эйнштейну. Эйнштейн возражал. В итоге Бору всегда удавалось найти ответы на его возражения. Этот диалог продолжался годами – в лекциях, письмах, статьях… Эйнштейн придумывал мысленные эксперименты, стремясь показать, что новые идеи внутренне противоречивы. «Представьте себе заполненный светом ящик, из которого за короткое мгновенье мы позволяем вылететь одному фотону…» – так начинается один из самых знаменитых примеров (рис. 4.8.) [82].

Рис. 4.8.«Ящик со светом» из эйнштейновского мысленного эксперимента, нарисованный Бором