Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности

Итак, если вдуматься, «вещи», которые мы ценим, «состоят» из порядка, появившегося как результат разворачивавшегося во времени процесса. Но все же кажется, что они — нечто большее, чем такая информация. Если у вас есть точный план — вплоть до молекул, вплоть до квантового состояния — некоего наноструктурного устройства, сделанного из золота, есть ли у вас само это устройство? Инстинктивно мы скажем: нет! Правда, если имеются два объекта и каждому элементу одного объекта соответствует один-единственный элемент другого объекта (и наоборот), мы говорим, что эти объекты изоморфны. Такие необычные слова математики используют, когда хотят сказать: «это одно и то же». В чем же разница между квантовым состоянием «на бумаге» и квантовым состоянием наноустройства[142]? Можно сказать, что первое — это закрепление (на бумаге, на жестком диске или в памяти человека) некоего объема информации. А второе мы называем «реальным» состоянием системы, состоящей из атомов или элементарных частиц.

Хотя — что такое элементарная частица? Стивен Вайнберг, один из крупнейших специалистов в области физики элементарных частиц, говорит[143]: «Предположим, посторонний человек спросит: „Что такое элементарная частица?“ Я буду вынужден признать, что этого на самом деле никто не знает». Вайнберг имеет в виду, что атом, который характеризуется всего несколькими числами, ведет себя совсем как элементарная частица. Но это верно только до тех пор, пока, внимательно приглядевшись, ты не поймешь, что это — упорядоченная структура из протонов, нейтронов и электронов. А протон представляется элементарной частицей, пока при дальнейших исследованиях не выяснится, что он составлен из кварков. Являются ли кварки и электроны действительно фундаментальными частицами? Вероятно, нет. Размер этих частиц слишком мал, и мы не можем исследовать их, чтобы выяснить это.

Но предположим, что это так. Пусть нет никакого смысла в том, что кварки или электроны — это «упорядоченные структуры», состоящие из других частиц. Тогда остается вопрос: «Чем является электрон?» Есть почти непреодолимое искушение считать его крошечным кусочком вещества. Согласно самым современным представлениям физики элементарных частиц, электрон — это возбуждение электронного поля, заполняющего все пространство-время. Это очень напоминает свет — волну или частицу, являющуюся возбуждением электромагнитного поля, или океанскую волну, которая представляет собой возбуждение воды в океане. Но есть и принципиальная разница. Если вы спросите, из чего сделан океан — какова его природа? — то правильный ответ: океан сделан из воды. Если вы спросите, какова природа электронного поля, ответ будет таким: «Электронное поле — нечто реально существующее, способное создавать и уничтожать электроны!» Достаточно неприятный ответ, возвращающий нас в исходную точку.

Итак, мы перестроимся и спросим опять: «Что такое электрон?» Другой ответ на языке математики звучит так: «Это объект, заданный фиксированным набором математических „симметрий“, действующих определенным образом в соответствии с неким набором специфических чисел, которые определяются в момент измерения, производимого над системой. Для электрона эти числа суть „лептонное число“, равное 1, заряд, равный и противоположный по знаку заряду протона, и масса, составляющая 1/1836 массы протона. И больше никаких атрибутов, неотъемлемых признаков, у электрона нет».

В свою очередь, что же из себя представляют эти атрибуты? Только ответы на заданные вопросы — и ничего больше. Есть разнообразные возможные квантовые состояния. Те из них, которые принадлежат определенному классу с определенным набором возможных ответов на вопросы, мы называем квантовыми состояниями электрона. На самом деле, больше ничего и нет. Нет иного способа «добраться» до электрона, чем задавать вопросы, ответы на которые идентифицируют его как электрон. Квантовая теория убедительно показывает, что кроме квантового состояния нет ничего — ничего, не учтенного квантовым состоянием, нет субстанции, которую оно описывает. Квантовое состояние предоставляет возможные ответы на вопросы, и в нем действительно нет другого содержания. В этом смысле электрон — это своего рода упорядоченность определенного типа, проявляющаяся при измерениях и наблюдениях, которые выполняем мы. Это скорее паттерн, шаблон, а не субстанция. Это порядок, но в самом чистом, отлитом в определенную форму виде.

Таким образом, происходит нечто странное. Мы делим вещи, дробим их на все более и более мелкие части, но затем, когда мы их исследуем, оказывается, что их нет. Есть только упорядоченные структуры из них.

Тогда чем же являются такие вещи, как лодка, или ее парус, или ваши ногти? Что они из себя представляют?