Остров знаний

Физики сражаются с этим вопросом с самых первых дней ее существования. Эйнштейн, Шрёдингер и научные реалисты полагали, что текущее описание было всего лишь временным вариантом, который вскоре должно было заменить более сложное объяснение. Обратите внимание, как противопоставляются эти два термина – «объяснение» и «описание». Научный реализм предполагает, что наука должна объяснять реальность, что реальные объекты существуют на всех уровнях и что объяснения (если таковые имеются) распространяются на все из них. Эйнштейна больше всего смущала в квантовой физике не ее вероятностная природа, а именно это отрицание реальности в науке. Однажды во время прогулки по Принстону он в шутку спросил друга: «А что, Луны тоже не существует, когда я на нее не смотрю?»

Если оставить в стороне чувство юмора Эйнштейна (впрочем, скоро мы к нему вернемся), объяснение реальности может оказаться слишком сложной задачей даже для науки, в особенности если мы придаем своим объяснениям статус окончательности (что, как я уже говорил, несовместимо с научным прогрессом). Эфир, флогистон, теплород и модель атома Бора – все это описания природных явлений, и неважно, верны они или нет. Во время их создания они играли важную роль мостов между старыми и новыми представлениями. Очевидно, что с точки зрения научного реализма за ними не стояло никакой научной реальности. Для науки с ее постоянно меняющейся точкой зрения гораздо лучше было бы считать наши модели и теории описаниями тех частей реальности, которые мы можем измерить и осмыслить. Когда дело доходит до физической реальности, мы можем говорить не об окончательных объяснениях, а лишь о более или менее эффективных описаниях.

В качестве примера философии научного реализма можно привести теорию скрытой переменной де Бройля – Бома (подробно разработанную Бомом во время работы с Эйнштейном в Принстоне, а затем – в Сан-Паулу, куда Бом уехал в 1952 году, опасаясь преследований маккартистов), которая отражает ранние идеи де Бройля. Бом добавил в квантовую теорию еще один уровень объяснений для описания позиции электрона с большей точностью. Этот уровень он назвал пилотной волновой функцией. Уравнение Шрёдингера оставалось без изменений, просто у него появлялся «предшественник». Как дирижер управляет игрой различных секций оркестра во время исполнения симфонии, так и пилотная волновая функция определяет, каким именно образом волновая функция принимает одно из возможных состояний. Пилотная волна находится одновременно во всех точках пространства, как вездесущее божество. Это свойство физики называют нелокальностью. Иными словами, в соответствии с механикой де Бройля – Бома частицы оставались частицами, а их коллективное движение было детерминировано нелокальным действием пилотной волны. Частицы представляются чем-то вроде группы серферов, покоряющих одну волну, которая и определяет их движение в ту или иную сторону.

В теории де Бройля – Бома поведение электрона было совершенно предсказуемым, и его присутствие в той или иной точке можно было рассчитать с достаточной точностью. Скрытая переменная становилась связующим звеном между классическим видением реальности и зыбким миром квантовой неопределенности. Но для того, чтобы сделать квантовую механику детерминированной, физикам пришлось заплатить свою цену – ввести бесконечную сеть связей и влияний между всем сущим. По сути, вся Вселенная принимает участие в формировании результата того или иного эксперимента. Скорость и ускорение каждой частицы зависят от положения всех остальных частиц. Вселенная определяет условия среды, применимые к каждой подсистеме – от эксперимента с коллайдером до движения облаков в небе. Именно это физики и называют нелокальностью – но с определенной долей сарказма. Неудивительно, что книга Бома о философском основании его концепции называется «Целостность и имплицитный порядок», и неудивительно, что лишь немногие ученые поддержали его подход, хотя некоторые варианты теории де Бройля – Бома все еще являются предметом активных исследований. Одна из проблем состоит в том, что эта теория (по крайней мере, в большинстве своих версий) дает те же результаты, что и квантовая механика, и потому неотличима от нее. Скрытую переменную невозможно вычислить. Нам бы хотелось делать выбор между конкурирующими теориями на основании экспериментов. Если разные теории дают одинаковые экспериментальные результаты, почему бы не выбрать самую простую из них, то есть традиционную квантовую механику без дополнительных пилотных волн? Вот почему я на время оставлю скрытые переменные и сфокусируюсь на том, что именно квантовая механика говорит (или не говорит) нам о природе физической реальности.

Глава 24. Можем ли мы распознать реальность в которой мы узнаем, как квантовая физика влияет на наше понимание реальности