В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Эту дилемму, быть может, не решат никогда, поскольку есть вероятность, что невозможно разработать эксперимент, позволивший бы выбрать одну из двух интерпретаций, не включив в него путешествия во времени. Но понятно, что один из наиболее способных квантовых философов Макс Джеммер не преувеличивал, сказав, что «теория мультивселенной, без сомнения, является одной из самых смелых и самых вызывающих теорий за всю историю науки»[75]. Она в буквальном смысле объясняет все, включая жизнь и смерть котов. Я неисправимый оптимист, а потому эта интерпретация квантовой механики мне особенно близка. Все возможно, и своими действиями мы выбираем собственные пути по многим мирам кванта. В том мире, в котором живем мы, ты получаешь то, что видишь, не существует скрытых параметров, Бог не играет в кости и все реально. О Нильсе Боре часто рассказывают, будто однажды в 1920-х кто-то пришел к нему с безумной идеей, целью которой было разрешение одной из загадок квантовой теории, и он ответил: «Ваша теория безумна, но недостаточно безумна, чтобы быть правдой» [76]. На мой взгляд, теория Эверетта безумна

достаточно, чтобы быть правдой, и на этой прекрасной ноте я собираюсь закончить наши поиски кота Шрёдингера.

Эпилог Неоконченное дело

История о кванте, которую я рассказал в этой книге, кажется аккуратно выдержанной и сухой, за исключением полуфилософского вопроса, нравится ли вам больше Копенгагенская или многомировая интерпретация. Лучшего способа рассказать эту историю в книге не существует, однако это не вся правда. История кванта еще не завершена, и сегодня теоретики трудятся над задачами, которые могут помочь сделать следующий шаг, который будет настолько же фундаментальным, как шаг Бора, когда он проквантовал атом. Попытка написать об этом неоконченном деле окажется путаной и неудовлетворительной. Принятые точки зрения на то, что является важным, а что можно спокойно игнорировать, могут совершенно измениться к тому моменту, когда книга выйдет из печати. Однако, чтобы у вас было хоть какое-то представление о том, как может пойти развитие, в этом эпилоге я расскажу о неоконченных страницах квантовой истории и дам пару намеков на то, чего можно ожидать в будущем.

То, что в квантовой теории таится гораздо больше, чем видно нашему глазу, становится ясным из ветви квантовой теории, которую обычно называют бриллиантом в короне квантовой науки, самым великим ее завоеванием. Это квантовая электродинамика, или КЭД для краткости, теория, которая «объясняет» электромагнитное взаимодействие с позиции кванта. Квантовая электродинамика расцвела в 1940-х годах и оказалась такой успешной, что ее использовали в качестве модели для теории сильного ядерного взаимодействия, которая, в свою очередь, стала называться квантовой хромодинамикой, или КХД, так как она изучает взаимодействия частиц под названием кварки, обладающих свойствами, которые теоретики причудливо обозначили названиями цветов. И все же в квантовой электродинамике есть существенный недостаток. Теория работает, но только после подгонки математики таким образом, чтобы она соответствовала нашим наблюдениям мира.

Проблемы связаны с тем, что электрон в квантовой теории не является голой частицей классической теории, а окружен облаком виртуальных частиц. Это облако частиц должно оказывать влияние на массу электрона. Возможно вывести квантовые уравнения, соответствующие электрону + облаку, но при попытке решить эти уравнения математически «ответы» получаются бесконечно огромными.

Рис. Э.1.

Классическая диаграмма Фейнмана, изображающая взаимодействие частиц.

Рис. Э.2. Квантовая коррекция законов электродинамики объясняется присутствием виртуальных частиц – диаграмм с замкнутыми петлями. Существуют ситуации, приводящие к бесконечностям, от которых можно избавиться только с помощью неудовлетворительного трюка перенормировки.

Отталкиваясь от уравнения Шрёдингера, которое стало краеугольным камнем квантовой кулинарии, верная математическая трактовка электрона дает бесконечную массу, бесконечную энергию и бесконечный заряд. Не существует правомерного математического способа избавиться от этих бесконечностей, но от них можно избавиться, пойдя на хитрость. Мы знаем массу электрона, измеренную экспериментально, и знаем, что именно такой ответ должна давать нам теория в качестве массы электрона + облака. Поэтому теоретики убирают бесконечности из уравнений, в сущности деля одну бесконечность на другую. Математически, если разделить бесконечность на бесконечность, можно получить любой ответ, поэтому они говорят, что ответ именно тот, который нам нужен, то есть измеренная масса электрона. Этот трюк называется перенормировкой.