Уродливая Вселенная. Как поиски красоты заводят физиков в тупик

ВКРАТЦЕ

• Физики-теоретики используют простоту, естественность и элегантность в качестве критериев при разработке теорий.

• Учитывая, что сейчас естественность вступила в противоречие с наблюдениями, многие физики считают, что единственной альтернативой «естественным» законам природы служит то, что мы живем в мультивселенной.

• Но и естественность, и мультивселенная требуют метатеории, которая позволяла бы вычислить вероятность того, что мы наблюдаем мир таким, каков он есть, – а это противоречит принципу простоты.

• Неясно, какую проблему естественность или мультивселенная вообще пытаются решить, ведь для того, чтобы объяснить наблюдения, не нужна ни одна, ни вторая.

• Не все считают мультивселенную красивой, а значит, восприятие красоты может меняться и меняется; популярность этих субъективных оценок нельзя объяснить только лишь красотой.

Глава 6 Непостижимая постижимость квантовой механики

В которой я раздумываю, какова разница между математикой и магией.

Всё великолепно, но все недовольны

Квантовая механика исключительно успешна. Она объясняет атомный мир и субатомный с высочайшей точностью. Мы проверяли ее вдоль и поперек – и не нашли никаких изъянов. Квантовая механика оказывалась верна, верна и еще раз верна. Но несмотря на это, а может, как раз поэтому, она никому не нравится. Мы попросту с ней свыклись[71].

В обзоре 2015 года в Nature Physics Санду Попеску назвал аксиомы квантовой механики «очень математическими», «физически малопонятными» и «гораздо менее естественными, интуитивными и “физическими”, чем аксиомы других теорий»⁹⁶. Он выражает общее умонастроение. Сет Ллойд, известный своей работой над квантовыми вычислениями, согласен, что «квантовая механика совершенно контринтуитивна»⁹⁷. И Стивен Вайнберг в своих лекциях предупреждает читателя, что «идеи квантовой механики серьезно отклоняются от обычных интуитивных представлений человека»⁹⁸.

Дело не в том, что квантовая механика технически сложна – она не такая. Математика квантовой механики использует уравнения, для которых у нас есть простые техники решения, что резко контрастирует с уравнениями общей теории относительности – вот их-то страшно трудно решать. Нет, не в сложности дело, а в том, что квантовая механика кажется какой-то неправильной. Она возмущает.

Все начинается с волновой функции. Это математический объект, описывающий систему, с которой вы имеете дело. Волновую функцию часто называют состоянием системы, но – вот тут-то и кроется неприятность – саму по себе ее нельзя наблюдать ни в одном мыслимом эксперименте. Волновая функция чисто вспомогательна: с ее помощью мы вычисляем вероятности для измерения определенных наблюдаемых величин.

Это означает, однако, что после измерения волновая функция должна быть изменена таким образом, чтобы измеренное состояние приобрело вероятность, равную 1. Это изменение – иногда называемое «коллапсом» или «редукцией» – мгновенно: оно происходит одномоментно для всей волновой функции, независимо от того, насколько далеко та простиралась. Если волновая функция простиралась между двумя островами, измерение состояния на одном конце определяет вероятность на другом.

Это не какой-то мысленный эксперимент, его на самом деле провели.

Летом 2008 года группа Антона Цайлингера собралась на Канарских островах, чтобы установить мировой рекорд по дальности квантовой телепортации ⁹⁹[72]. На острове Пальма они с помощью лазера сгенерировали 19 917 фотонных пар: в каждой из них суммарная поляризация равнялась нулю, но поляризация отдельных фотонов была неизвестна. Коллеги Цайлингера послали по одному фотону из каждой пары на приемник, находящийся на острове Тенерифе, за 144 километра. Другой фотон из каждой пары перемещался на 6 километров по оптоволоконному кабелю, свернутому в спираль, на острове Пальма. А затем экспериментаторы измеряли поляризацию на обоих концах.