Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

Кьюбисты, разумеется, отвечают на критику, но это ничуть не мешает оппонентам возобновлять свои нападки с некоторыми модификациями. Поговорить тут есть о чем: наблюдения за миром свидетельствуют, что различные его части в соответствии со своими текущими состояниями развиваются во времени, вступают в обмен (зарядом, энергией и т. п.) и объединяются в структуры; но как же понимать все это, если все состояния – содержимое головы агента?

Кьюбизм сводит применение квантовой теории к прогнозированию личного опыта агента, ничего не заявляя о связи накопленной им информации с опытом кого бы то ни было еще. Но одновременно с этим он исходит из того, что существует независимый от агентов внешний мир. Однако на основе чего можно утверждать, что этот мир – один и тот же для разных агентов? Что два агента вообще говорят об одном и том же? Если квантовая теория сводится к «руководству пользователя», нужному для принятия решений в мире неустранимой случайности, то чем поддерживается единство мира для различных пользователей? Хорошо, пусть даже руководство пользователя; но пользователя чем?

В ответ на упреки в раздробленности картины мира кьюбисты замечают, что цель науки как раз и состоит в том, чтобы организовывать сотрудничество разных людей, которые не только воздействуют на мир каждый сам по себе, но еще и общаются друг с другом, чтобы найти модель, выражающую все общее, что есть в их индивидуальных представлениях о внешнем мире. Но как вообще появляется личный опыт? Он возникает благодаря взаимодействиям агента (или его продолжения в виде приборов) с внешней вселенной; однако, если состояние этой вселенной существует только в голове агента, очень непросто ответить на вопрос, каковы же правила и механизм их взаимного воздействия друг на друга. Личный опыт – это, конечно, важно, но хочется узнать что-то про внешний физический мир.

13 Что кричат лоцманы

Для сторонников делящихся вселенных волновая функция – полное описание мира, а мир полностью соответствует волновой функции, из-за чего вселенные и возникают во множестве. Для кьюбистов волновая функция – это информация для личного пользования. И там и там, несмотря на все различия, кроме волновой функции, ничего больше нет; но и там и там остается не очень ясным, как от волновой функции добраться до индивидуальных объектов, живущих в трехмерном физическом пространстве. Уже Бор, кстати, не упускал случая сказать, что квантовые явления нельзя понять в терминах пространства-времени. Желание найти такое понимание, однако, не проходит.

Квантовая механика, надо сказать, сначала попыталась появиться на свет в менее абстрактной форме и в привязке к тому, что происходит в физическом пространстве. За пару лет до ключевых событий 1925–1926 гг. де Бройль пред(по)ложил двойственную природу всех обитателей квантового мира – их склонность проявлять то свойства волн, то свойства частиц. Это сочетание несочетаемого восходит к гипотезе световых квантов Эйнштейна (1905) – идее, которая вообще-то не «взорвала интернет» того времени, хотя позднее и принесла ее автору Нобелевскую премию (1922). Неожиданным выглядел постулат, что свет (электромагнитная волна) делится на дискретные порции, имеющие свойства частиц. Де Бройль увидел в этом проявление общего принципа и провозгласил, что электроны (и вообще все «частицы»), в свою очередь, могут проявлять волновые свойства (например, характерную для волн способность к дифракции).

Обладатель аристократического титула де Бройль размышлял об устройстве мира в относительном уединении, да и Франция, где он жил, не была центром теоретической физики того времени. Он пришел к оригинальной мысли, что квантовые частицы требуют для своего описания особой механики – что в природе существуют и частицы, и волны, причем волны берут на себя управление частицами, заменяя тем самым законы Ньютона. Волна, другими словами, играет роль лоцмана, говорящего каждой частице, какую скорость, включая направление, ей надлежит иметь{51}.

Это не похоже на то, как силы управляют движением тел вокруг нас: главный закон обычной, ньютоновской механики состоит в том, что сила говорит скорости (точнее – импульсу), как ей (ему) изменяться{52}. Когда мы желаем узнать, какую скорость приобретет тело или частица под действием тех или иных сил, мы суммируем накапливающиеся изменения скорости и таким образом находим скорость в каждый момент времени. Но волна де Бройля наделяет частицу скоростью сразу, без возни с накапливающимися изменениями. Для электрона, свободно летящего в пустом пространстве, отсюда получается связь между длиной волны-лоцмана и импульсом электрона: эти две величины обратно пропорциональны друг другу: чем меньше одна, тем больше другая (в таком случае частота волны, наоборот, прямо пропорциональна энергии электрона){53}.