Гельголанд. Красивая и странная квантовая физика

Но по-настоящему серьезные проблемы возникают при попытке учесть эффекты теории относительности. Скрытые переменные в интерпретации Бома грубейшим образом противоречат самой идее относительности – они задают выделенную, привилегированную систему отсчета. Платой за картину мира, представленную исключительно через детерминированные переменные, как в случае классической физики, оказывается необходимость признания не только принципиально скрытого характера этих переменных, но также и того, что эти переменные противоречат всей совокупности наших знаний в рамках этой самой классической физики. А оно того стоит?

Физический коллапс

Есть еще один способ интерпретировать волновую функцию ψ как реальную сущность, не прибегая при этом ни к множественности миров, ни к скрытым переменным: предсказания квантовой механики можно рассматривать как своего рода приблизительное описание, не учитывающее аспекты, без которых вся картина оказывается недостаточно внятной.

Должен существовать реальный и независимый от наших наблюдений физический процесс, который происходит спонтанно, время от времени, и препятствует «расползанию» волновой функции. Этот до сих пор никогда не наблюдавшийся гипотетический механизм был назван «физическим коллапсом волновой функции». Таким образом, «физический коллапс волновой функции» происходит не вследствие наблюдения, а спонтанно, и тем скорее, чем более макроскопичны рассматриваемые объекты.

В случае с котом волновая функция ψ сама собой должна очень быстро перейти в одно из двух состояний, и кот практически сразу же должен стать или бодрствующим, или спящим. Таким образом, гипотеза состоит в том, что квантовая механика неприменима к макроскопическим объектам вроде котов⁴⁹. Предсказания теорий этого типа отличаются от предсказаний обычной квантовой теории.

Эти предсказания проверялись в разных лабораториях во всем мире, и такие проверки продолжаются по настоящее время. Пока что всегда подтверждались предсказания именно квантовой теории. Большинство физиков, включая и вашего покорного слугу, который пишет эти строки, готовы поспорить, что квантовая теория останется верной еще какое-то время…

3. Принятие неопределенности

Обсуждавшиеся до этого интерпретации квантовой механики имели целью избежать неопределенности⁵⁰, рассматривая волновую функцию ψ как реальный объект. Расплатой за это было добавление к реальности сущностей вроде множественных миров, недоступных переменных или никогда не наблюдаемых процессов.

Но для столь буквального восприятия волновой функции ψ нет никаких оснований.

Функция ψ – это не реальная сущность, а всего лишь математический аппарат для расчетов. Это как прогноз погоды, предварительная смета на строительство дачи, прогнозы букмекеров на скачках⁵¹. Реальные явления в мире имеют вероятностный характер, и величина ψ – это просто наш способ вычисления вероятности наступления событий.

Интерпретации квантовой теории, в которых волновая функция ψ не рассматривается как нечто реальное, называются эпистемологическими, поскольку толкуют функцию ψ просто как способ описания происходящего нашим сознанием (ἐπιστήμη – «эпистема» – «знание», «наука»).

Примером такого подхода может служить «квантовое байесианство», или просто «кубизм». В этой интерпретации квантовая теория принимается такой, как есть, без попыток каким бы то ни было образом «дополнить» мир.

Термин «кубизм» происходит от слова «кубит», означающего единицу информации квантового компьютера.

Идея состоит в том, что волновая функция ψ – это просто имеющаяся в нашем распоряжении информация о мире и что физика описывает не мир, а то, что мы о нем знаем. Она описывает имеющуюся в нашем распоряжении информацию о мире.

Когда мы выполняем измерение, то объем информации увеличивается, и поэтому при измерении волновая функция ψ изменяется: не потому, что нечто происходит во внешнем мире, а просто поскольку изменяется имеющаяся в нашем распоряжении информация о нем. Если мы взглянем на барометр, то наш прогноз погоды изменится – не потому, что внезапно что-то изменится в небе, а потому, что мы в это мгновение узнаем нечто, до этого нам неизвестное.

Термин «кубизм» – это также игра слов, намек на кубизм Брака и Пикассо (стиль в живописи, который сформировался в Европе в эпоху, когда достигла зрелости квантовая теория). Кубизм и квантовая теория исходят из образного представления о мире. Картины кубистов зачастую представляют собой наложение несовместимых изображений предмета или человека с разных ракурсов. Точно так же, как в квантовой механике допускается возможность наличия взамоисключающих свойств у одного и того же физического объекта (немного погодя мы обсудим эту идею поподробнее).