Квантовая механика и парадоксы сознания

И раз уж мы заговорили о вероятностях, надо сказать пару добрых слов и о них. Тем паче что мы начали повествование со старика Ньютона.

Итак, возвращаемся к Исааку Ньютону с его шишками на голове от яблок и с его ужасным фатальным миром, напоминающим механические часы с шестеренками. В этом мире ничего изменить нельзя: все движения всех его частиц жестко и однозначно обусловлены их массами, скоростями и направлениями движения. Представили себе такое мироздание? В подобном мире даже о времени можно говорить как о некоей условности, этот мир словно существует неизменным во все времена, и «проигрывание» такого мира «вперед» и «назад» во времени даст чистый повтор событий. Абсолютная механика. Полная предсказуемость в теории.

XX век разрушил эту жесткую конструкцию напрочь!

Во-первых, великий Гейзенберг вывел гениальную формулу, показавшую, что никаких точных знаний у нас в принципе быть не может: так устроена природа, она сама о себе не все «знает». Эту формулу по-другому называют «принципом неопределенности Гейзенберга». И означает сей принцип только то, что принципиально невозможно узнать все о частице, а только лишь с некоторой вполне конкретной неопределенностью. Скажем, мы не можем одновременно указать и скорость, и местоположение частицы. Если мы точно узнаем координаты частицы, мы теряем всякую информацию о ее скорости, а если точно узнаем скорость, теряем возможность узнать, где она находится. В механике такое просто невозможно!

Это еще не полное крушение ньютоновской фатальности, но уже шаг в нужном направлении. Потому что весь мир из частиц и состоит, и раз частицы неопределенны в своих координатах и скоростях, значит их будущее, как и будущее мира, предсказать невозможно.

Формула Гейзенберга не столь известна, как знаменитое уравнение Эйнштейна Е=МС², ее не рисуют на кружках и футболках, но однажды, будучи в Болгарии, я увидел ее на этикетке бутылки с ракией. Выпил с удовольствием!

Вот он, гейзенберговский принцип неопределенности. В этой формуле дельта X – неопределенность координаты частицы, а дельта Р – неопределенность ее импульса (скорости, если хотите). Произведение этих неопределенностей не может быть меньше некоей величины (постоянной Планка). Если неопределенность в положении координаты равна нулю или близка к нулю (то есть координаты определены очень точно), тогда неопределенность импульса будет стремиться к бесконечности.

Когда Гейзенберг впервые явил миру эту формулу, физики поддались соблазну объяснить ее примерно так:

– Ну, конечно, друзья! Иначе и быть не может, ведь мы имеем дело с микромиром, а там все такое маленькое, что плакать хочется! И потому мы воздействуем на измеряемый электрон такими же по размеру штуками, как и он сам, например, бомбардируем фотонами, а значит, неизбежно вносим помеху в измеряемый объект! Измерили местоположение электрона и тем самым изменили его скорость. Поэтому и не узнаем точно, какой она была. Но ведь какой-то она была!

Можно рассудить и по-другому:

– Что такое волны? Это весьма распределенное в пространстве явление! Ну, представьте себе волнение на море. Разве можем мы задать вопрос, где точно находится волна? Этот вопрос просто не имеет смысла! Да везде! Куда ни кинь взгляд – волны до самого горизонта. О какой точной координате можно вообще говорить в таких условиях?

Все эти рассуждения верны, конечно. Но лишь отчасти: проблема оказалась гораздо глубже и фундаментальнее столь простых объяснений. Потому что появилось «во-вторых». И этим «во-вторых» была та самая волновая функция, которую мы уже упоминали, а также уравнение Шрёдингера. Эти математические конструкты описывают поведение квантов.

Не углубляясь в математику, чтобы не распугать читателей, скажем, что эти уравнения, описывающие поведение квантовой системы, не могут предсказать точный результат эксперимента, а лишь вероятность наступления того или иного события.

Самый простой пример на картинке ниже.

Если мы стреляем фотонами в полупрозрачное зеркало, расположенное под углом 45 градусов к оси фотонной пушки, то фотон с вероятностью 1/2 может пролететь зеркало насквозь или с той же вероятностью отразиться от него. То есть с вероятностью выпадения орла или решки у нас сработает либо первый, либо второй детектор.

Рис. 10