Космологические коаны. Путешествие в самое сердце физической реальности

Хотя квантовая механика выглядит несколько неопределенной в смысле того, что она позволяет, она бывает (как мы уже видели) довольно строга, когда формулирует то, что мы можем узнать. Мы не можем узнать и расположение, и скорость частицы точно в одно и то же время — или то, в какую сторону она направляется и как быстро крутится и т. д. Невозможность этого основывается на идее о том, что частица слишком проста, чтобы с ее помощью получить определенные ответы на множество вопросов, а не только на пару простейших из них. Если мы задаем правильные вопросы, мы получаем определенные ответы. Но если мы задаем неправильные вопросы — или слишком много вопросов, — то в ответ получаем неопределенность и неясность.

Теперь, если чуть подумать, нам, пожалуй, покажется, что мы нашли возможность обойти квантовую неопределенность: нужно просто задать правильные вопросы! Это грандиозная идея… вот только бы еще понять, какие именно вопросы правильные. Однако знать правильные вопросы означает что-то знать об этом квантовом состоянии. Но знать о квантовом состоянии, которое вы сами не создали, означает необходимость задать вопросы. Но вы не знаете правильных вопросов. Так что.

Что вам точно помогло бы, так это процедура, с помощью которой вы сумели бы скопировать квантовое состояние объекта, не задавая никаких вопросов. Если бы у вас было устройство для выполнения такой процедуры, вы могли бы сделать много копий и задавать вопросы этим копиям, не тревожа оригинал. Таким образом, вы могли бы узнать о его квантовом состоянии, не задавая вопросов, которые портят это состояние.

Увы, как выяснилось, такое устройство создать невозможно. В середине 80-х годов ХХ века была доказана теорема «о запрете клонирования» (ее более детальная формулировка выглядит не то чтобы заметно сложнее), которая является ключевым пунктом квантовой теории. Эта теорема утверждает, что вы не можете создать устройство (то есть придумать любую законную процедуру, формирующую квантовое состояние), которое превращает квантовое состояние у в пару, представляющую собой две копии одной и той же системы. Квантовые состояния — это не поддающиеся копированию изделия искусной Природы, и если вы попытаетесь скопировать одно из них, то вы либо не сумеете этого сделать, либо (причем, возможно, безнадежно) исковеркаете оригинал.

Тот факт, что вы не можете сделать копии квантового состояния, означает, что, натолкнувшись на неизвестное квантовое состояние, вы не сумеете определить, что это за состояние. Конечно, вы можете получить часть информации о системе с помощью измерений, но при этом вы неизбежно измените систему. Единственный способ сделать измерение, не внеся в систему изменений, — как-то узнать правильные формулировки вопросов, но для этого потребовалось бы узнать само состояние. Его, однако же, узнать нельзя.

Страница 3

В росинке отражается солнце, что висит на волоске и качается, подобно барахтающемуся пауку, запутавшемуся в чужой паутине. Даже величайшее мастерство не поможет отделить его нити от всех остальных. И перерезать паутинки может только лезвие.

Даже если мы не можем узнать квантовое состояние системы, с которой мы встретились в этом мире, приятно думать, что система, по крайней мере, имеет квантовое состояние, то есть — что существует некий способ, которым система «реализуется». В противном случае ее, в общем-то, нет.

В коане «РАЗДЕЛЕНИЕ МИРОВ» мы увидели, что из-за взаимодействий квантовое состояние фотонов в блике от меча перепутывается с состоянием клеток в глазу Муненори. Это запутывание означает, что мы больше не можем точно описать фотоны с помощью их собственных состояний: измерения или другие воздействия на клетки неизбежно воздействуют также и на фотоны, поскольку они входят в одни и те же члены квантовой суперпозиции.

Всякий раз, когда одна система взаимодействует с другой системой, на каком-то уровне происходит перепутывание. А форма уравнений Ньютона, Эйнштейна и Максвелла демонстрирует, что все время все взаимодействует почти со всем остальным. И это обстоятельство сразу поднимает два вопроса. Во-первых, как вообще что-то распутывается? Зачем говорить об определенном состоянии данной системы, если никогда нельзя сказать, что это за состояние? Во-вторых, как мы можем предсказать поведение системы, если не можем приписать этой системе состояние? Должны ли мы проследить за поведением всей вселенной, чтобы понять, что случится с песчинкой?