Объективной реальности нет? Что квантовая теория действительно говорит о реальности?

Знаете, что самое странное в квантовой механике? Не то, что она описывает мир атомов и частиц как нечто совершенно непохожее на наши будничные столы, стулья и чашки кофе. К этому мы, в общем-то, привыкли — микромир и должен быть другим. Настоящая головная боль, которая мучает физиков уже целый век, заключается в другом: где проходит граница? Как из этого туманного, вероятностного царства «возможностей» рождается наш твердый, предсказуемый мир? И, честно говоря, четкого ответа до сих пор нет.

Столетие прошло с тех пор, как гении вроде Шрёдингера и Гейзенберга набросали основы этой теории. Она работает безупречно — предсказания квантовой механики подтверждаются с невероятной точностью в каждом эксперименте. Лазеры, компьютеры, медицинская диагностика — всё это её плоды. Но вот вопрос «что всё это значит?» заставляет даже нобелевских лауреатов задумчиво чесать в затылке.

Карты, но не территория?

Представьте: у вас есть уравнение, знаменитое уравнение Шрёдингера. Оно описывает некую «волновую функцию» — математическую абстракцию, которая содержит в себе все возможные состояния частицы (скажем, электрона) до того, как вы решите на неё посмотреть. Электрон может быть здесь, там, иметь такой спин или эдакий — всё одновременно, в этакой «суперпозиции». Но стоит вам провести измерение — бац! — волновая функция «схлопывается», и электрон послушно выбирает одно конкретное состояние.

Что происходит в этот момент «бац»? И что было до него? Классический ответ, так называемая Копенгагенская интерпретация, по сути, предлагает элегантно уйти от ответа: «Не спрашивайте. До измерения говорить о реальности бессмысленно. Формулы работают? Ну и считайте себе дальше». Удобно? Безусловно. Удовлетворительно? Не для всех. Сам Эйнштейн негодовал, не желая верить, что реальность на фундаментальном уровне случайна, что «Бог играет в кости».

Многим физикам такой подход кажется… ну, скажем так, не совсем полноценным ответом. Хочется ведь понять, как мир устроен на самом деле, а не просто иметь инструкцию по расчету вероятностей. Оставляет ли это место для идеи, что именно наше сознание, акт наблюдения, заставляет мир определяться? Звучит жутковато и попахивает мистикой, не правда ли?

В поисках «настоящего»

Неудивительно, что появилось множество других идей. Некоторые говорят: волновая функция — это не просто математика, это и есть сама реальность. Самая известная (и, пожалуй, самая кинематографичная) из таких идей — Многомировая интерпретация. Каждый раз, когда происходит квантовый выбор, Вселенная разветвляется, и в каждой новой ветви реализуется один из возможных исходов. В одной вселенной вы читаете эту статью, в другой — пьете кофе, в третьей — стали рок-звездой. Заманчиво, но проверить это… э-э-э… затруднительно.

А есть и другой подход, более приземленный, что ли. Это модели «объективного коллапса». Их сторонники считают, что стандартная квантовая механика просто неполна. Должен существовать какой-то неизвестный нам физический процесс, который сам по себе, без всяких наблюдателей, заставляет волновые функции «схлопываться». Почему мы не видим кота Шрёдингера одновременно живым и мертвым? Потому что чем больше система, тем быстрее и неизбежнее этот самый объективный коллапс.

И вот тут начинается самое интересное! В отличие от многих других интерпретаций, идеи объективного коллапса, по крайней мере некоторые их варианты, можно попытаться проверить. Если такой спонтанный коллапс действительно происходит постоянно, он должен вызывать крошечное, но обнаружимое «дрожание» частиц, своего рода фоновый шум Вселенной. Прямо сейчас в подземных лабораториях, вроде той, что под горой Гран-Сассо в Италии, идут эксперименты по поиску этого неуловимого сигнала. Пока — тишина. Но сам факт, что мы можем экспериментально сужать круг возможных объяснений природы реальности — это уже колоссальный шаг вперед!

Правда, даже если сигнал найдут, вопросы останутся. Что именно вызывает этот коллапс? Гравитация? Какое-то новое поле? Или это просто фундаментальное свойство природы, которое нам еще предстоит осмыслить?

А если реальность — это вы?

Пока одни ищут объективные механизмы коллапса, другие заходят с совершенно неожиданной стороны. А что, если вся эта квантовая неопределенность и вероятности — это не свойства самого мира, а отражение нашего знания о нем?

Именно так рассуждают сторонники QBism (Квантового Байесианизма). Слово «Байесианизм» отсылает к подходу в теории вероятностей, где вероятность — это не объективная частота событий, а степень нашей субъективной уверенности в чем-либо, которая обновляется по мере поступления новой информации.

Перенесем это на квантовую механику: волновая функция — это не описание объективного состояния электрона, а сводка ваших ожиданий о том, что вы увидите при измерении. А «коллапс» — это просто обновление ваших убеждений после того, как вы получили результат. Измерение — это действие, которое вы совершаете, и которое меняет ваше знание о мире.

Звучит радикально? Еще бы! Эта интерпретация элегантно обходит проблему измерения (она просто становится обновлением информации) и даже парадоксы вроде «друга Вигнера» (где два наблюдателя могут прийти к противоречивым выводам о реальности — для QBism это не парадокс, ведь у каждого свой опыт и свои убеждения). Но цена высока: приходится отказаться от идеи единой, объективной реальности, существующей независимо от наблюдателя. Реальность становится личным делом каждого. Готовы ли мы к такому повороту? Многие физики — нет. Да и проверить QBism напрямую пока неясно как.

Метафизика в лаборатории: Новый фронт

Казалось бы, тупик. Одни идеи непроверяемы, другие, даже будучи проверяемыми, не дают окончательных ответов, третьи требуют отказаться от самой объективности… Но физика не стоит на месте. В последние годы набирает силу то, что можно назвать «экспериментальной метафизикой».

Что это такое? Вместо того чтобы проверять конкретные интерпретации, ученые пытаются проверить фундаментальные предположения, на которых эти интерпретации строятся. Например:

• Всегда ли результат измерения абсолютен (одинаков для всех)?
• Существует ли «свобода выбора» у экспериментатора (его выбор настроек не предопределен заранее)?
• Работает ли принцип локальности (то, что происходит здесь, не может мгновенно повлиять на то, что происходит далеко)?

Хитроумные эксперименты, использующие квантовую запутанность (ту самую «жуткую дальнодейственность», как называл ее Эйнштейн) и вариации на тему парадокса друга Вигнера, уже привели к поразительным результатам. Похоже, если стандартная квантовая механика верна (и если сигналов объективного коллапса мы так и не найдем), то нам придется отказаться хотя бы от одного из этих интуитивно очевидных принципов!

Понимаете? Эксперимент загоняет нас в угол, заставляя делать философский выбор. Хотите сохранить локальность и свободу выбора? Тогда, возможно, придется признать, что реальность наблюдаемых событий не абсолютна — прямо как в QBism! Это еще не доказывает правоту какой-то одной интерпретации, но невероятно сужает поле для маневра. Мы начинаем картографировать саму границу между возможным и невозможным в нашем понимании реальности. И кто знает, может, будущие эксперименты с квантовыми компьютерами и искусственным интеллектом помогут пролить свет и на роль наблюдателя…

Неоконченная пьеса

Так что же квантовая теория говорит нам о реальности? Похоже, главный урок за сто лет таков: реальность гораздо более странная, гибкая и, возможно, более тесно связанная с нашим взаимодействием с ней, чем мы могли себе представить.

Единого, общепринятого ответа на загадку квантовой механики пока нет. Выбор интерпретации — это все еще во многом вопрос вкуса, философских предпочтений и того, от каких интуитивных представлений вы готовы отказаться. Но мы больше не топчемся на месте. Новые эксперименты, новые теоретические подходы, сама возможность ставить «метафизические» вопросы на язык физики — всё это вселяет надежду.

Возможно, ключ к разгадке лежит на пересечении квантовой механики и теории гравитации — в поисках «теории всего». А пока… пока мы продолжаем вглядываться за квантовый занавес, и каждый новый взгляд, каждая новая интерпретация, пусть даже и спорная, делает наше понимание мира чуточку богаче. Ведь, как говорят физики, нельзя меньше понять мир, если узнаешь больше одного способа на него смотреть. А это, согласитесь, уже немало.