На этой неделе специалисты со всего мира съехались на остров Гельголанд, чтобы отметить столетие с момента рождения квантовой механики — одной из самых революционных теорий в истории науки. Именно здесь, в 1925 году, страдая от сезонной аллергии, Вернер Гейзенберг , спрятавшись от цивилизации, сделал фундаментальные вычисления, положившие начало новой физике. За прошедшие сто лет квантовая теория не только выдержала каждую экспериментальную проверку, но и легла в основу множества передовых технологий, от лазеров до квантовых вычислений .
Однако, несмотря на её феноменальную точность и прикладную мощь, мы до сих пор не пришли к согласию в том, что на самом деле стоит за её уравнениями. Какая картина мира следует из квантовой механики? Что она говорит о самой природе реальности ? Эти вопросы выводят дискуссию далеко за пределы лабораторий — в область философии, где уже не формулы, а смысл становится предметом споров.
На протяжении десятилетий между физиками и философами сохраняется острое разногласие по поводу так называемой проблемы измерения. Согласно господствующей в учебной литературе позиции, ключевые характеристики квантового объекта — такие как координаты или импульс — не имеют определённых значений до момента взаимодействия с внешней системой, фиксирующей результат. Однако именно это положение вызывает у многих скепсис: если свойства появляются лишь в момент регистрации, можно ли говорить о независимом существовании физической реальности?
Одни учёные считают это проблемой, другие — самой сутью квантового подхода. Разделение настолько глубоко, что даже базовые принципы интерпретируются диаметрально противоположно. Однако некоторые исследователи предполагают, что путь к примирению лежит в пересмотре старых, но всё ещё недооценённых идей.
Суть конфликта — в том, как интерпретировать волновую функцию. Это математический объект, описывающий вероятности разных результатов измерений. В стандартной трактовке, основанной на копенгагенской интерпретации , волновая функция не описывает «то, что есть», а лишь «что может быть». Определённые значения приобретаются только в момент взаимодействия с внешней системой — наблюдателем или прибором. Процесс «схлопывания» волновой функции при этом вовсе не обязательно считается реальным физическим явлением — Гейзенберг и Бор избегали прямых утверждений на этот счёт.
С момента появления, копенгагенский подход порицался и оспаривался. Знаменитое противостояние Нильса Бора и Альберта Эйнштейна длилось десятилетиями. Эйнштейн настаивал на том, что теория без объективной реальности неполна. Позже к критике присоединился Джон Белл, предложивший теоремы, показывающие, что интерпретации, в которых наблюдатель занимает центральное место, несостоятельны по очень многим причинам: понятия «измерение» и «наблюдение» слишком расплывчаты и субъективны, чтобы использовать их в фундаментальных законах природы.
В ответ были предложены альтернативные концепции. Одни, вроде теорий спонтанного коллапса, предполагают, что волновая функция «падает» независимо от чьего-либо вмешательства. Другие — например, многомировая интерпретация Хью Эверетта, предложенная им в 1950-х — отказываются от самого понятия коллапса. Вместо этого, при каждом измерении Вселенная «расщепляется», и наблюдатель оказывается в одной из параллельных ветвей. Всё, что может произойти, действительно происходит — просто в разных мирах.
Эта гипотеза тоже вызывает резкое отторжение у многих, прежде всего из-за того, что требует допустить существование, по сути, бесконечного числа реальностей. Однако среди философов науки всё больше укрепляется убеждение: только убрав наблюдателя из центральной позиции, можно говорить о подлинном понимании того, как устроена Вселенная. Для этого нужно искать интерпретации, в которых речь идёт не о субъективном восприятии, а о независимой структуре мира.
Опять же, физики, занимающиеся фундаментами квантовой теории, часто придерживаются противоположного мнения. Они считают, что именно центральное положение наблюдателя — это и есть главное послание квантовой механики. Не нужно избавляться от наблюдений, говорят они. Нужно понять, что за ними скрывается и как это меняет представление о связях между физикой и внешним миром.
Существует несколько современных направлений, развивающих эту мысль. Одно из них — QBism, или квантовый баесианизм. Его авторы, включая Кристофера Фукса, трактуют волновую функцию как отражение субъективной уверенности конкретного агента в том, как могут развиваться события. Другие, такие как Антон Цайлингер и Часлав Брукнер из Венского университета, ставят в центр внимание на информации как основном элементе физической реальности.
Философы же видят в этих идеях не решение, а откат к инструментализму — позиции, согласно которой теория — не зеркало мира, а лишь средство предсказания. Такой подход не позволяет понять, что на самом деле существует. А если целью физики остаётся познание природы вещей, то инструментализм — тупик.
Казалось бы, на фоне современных научных успехов подход, ставящий разум в центр картины мира, выглядит анахронизмом. Идеализм, согласно которому реальность состоит из идей, был популярен в европейской философии до XX века, от Платона до Канта и Гегеля. Но открытия в биологии, химии и нейронауках лишили эту точку зрения научной опоры. С тех пор господствует физический редукционизм, в котором сознание — побочный эффект биохимических процессов, а не первооснова.
Тем не менее, всё больше физиков, работающих над квантовыми основаниями, возвращаются к взгляду, в котором человек и его восприятие играют конструктивную роль. Одним из самых ярких сторонников такой позиции был Джон Арчибальд Уилер — человек, придумавший термин «чёрная дыра», занимавшийся ядерной физикой, общей теорией относительности и метафизикой. Его идея «участвующей Вселенной» предполагает, что реальность не существует в отрыве от наблюдателя, а формируется благодаря его участию.
В 1978 году Уилер предложил мысленный эксперимент под названием «отложенный выбор», в котором он пересмотрел знаменитую двойную щель. В этом варианте квантовый объект — электрон, фотон или даже молекула — проходит через щели. Если измерить его в момент прохождения, он ведёт себя как частица. Если же зафиксировать положение после прохождения, проявляется интерференционная картина — как будто он прошёл через обе щели одновременно. Причём выбор способа измерения можно сделать уже после того, как частица прошла щели, что ставит под сомнение саму идею о «прошлом» в классическом смысле.
Именно в таких парадоксах, утверждал Уилер, и проявляется главная особенность квантового мира: он не просто существует независимо от нас — он меняется в ответ на наши действия. А чему верите вы?