Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной

Немецкий физик Вернер Гейзенберг (1901–1976) увидел эту ситуацию иначе: если вместо Алисы представить элементарную частицу, например электрон, то малейшее прикосновение к ней частицы света, или фотона, сообщит ей некое малое количество импульса, под действием которого она изменит свое местоположение[425]. На основе своей догадки Гейзенберг сформулировал знаменитый принцип неопределенности, согласно которому неопределенность значения импульса частицы, умноженная на неопределенность значения пространственной координаты, всегда больше или равна половине значения еще одной фундаментальной постоянной (как и скорость света), известной как постоянная Планка. Величина этой постоянной очень мала[426], и в макроскопических системах ею можно пренебречь, однако она устанавливает предел точности измерения, показательный даже для микросистем.

Несмотря на недостаток знаний, конечно же, вы можете представить, что точное положение электрона так же реально, как и местонахождение Алисы на неосвещенном катке. Однако в отличие от макромира в квантовом мире отсутствует эквивалент «включения света», поскольку свет состоит из фотонов, а они воздействуют на все, что мы захотим измерить. Невольно напрашивается вопрос, похожий на вопрос Уильяма Оккама по поводу реальности форм, или идей, Платона, универсалий Аристотеля или природы движения: насколько реальным может считаться точное положение или импульс, если их нельзя измерить?

Реально существующие вещи должны оказывать воздействие на мир – так, пожалуй, следует сформулировать минимальный критерий оценки реальности. Все вымышленное, в том числе формы, универсалии, призраки, демоны, не оказывает реального воздействия. Это и отличает физические предметы от того, что создано умом или воображением и что Уильям Оккам называл «фикцией» (лат. ficta). Если точное положение частицы не оказывает влияния на мир (если бы оказывало, то его можно было бы измерить), то Уильям Оккам посчитал бы его не более реальным, чем треугольник Платона, сущность отцовства или «знающий дух» Генри Мора. С точки зрения номинализма «точное положение» – это всего лишь название для абстрактного понятия, которое существует в нашем сознании или в созданных нами теориях, это не более чем фикция, которой нет соответствия в мире реальных вещей. Следовательно, это сущность, в которой нет необходимости, и наука может обойтись без нее.

Это и делает квантовая механика. Когда различия энергетических состояний слишком малы и их нельзя измерить, они признаются несущественными. Таким образом, считается, что энергия может излучаться только порциями, измеримо отличающимися друг от друга. Такие порции называются квантами. Если термодинамика допускает колебания частиц в непрерывном диапазоне частот, квантовая механика допускает лишь поддающиеся количественному определению частоты. Именно такое квантование объясняет особенности излучения абсолютно черного тела, которое описывает формула Планка.

Однако своеобразие квантовой механики не ограничивается квантованием энергии. Квантовые неопределенности проявляются в парадоксальных свойствах частиц, которые могут одновременно существовать во многих местах, проникать сквозь непроницаемые с точки зрения классической физики барьеры или вращаться одновременно в двух разных направлениях просто потому, что невозможно доказать, что это не так. Кроме того, эти частицы могут образовывать сверхъестественные связи, преодолевая время и пространство, и это тоже происходит потому, что принцип неопределенности Гейзенберга убеждает нас в том, что мы не можем доказать, что таких связей не существует.

Как водится, все проверяется практикой, в том числе и наука. С квантовой механикой связаны самые точные в истории науки прогнозы и появление новых технологий от лазеров до компьютерных микросхем, систем спутниковой навигации GPS, МРТ-сканеров и мобильных телефонов. Возможно, в недалеком будущем нас ожидают новые революционные технологии, например сверхбыстрые квантовые компьютеры или квантовая телепортация. Еще более удивительно то, что живые организмы, по-видимому, тоже искусно пользуются квантовыми чудесами, о чем рассказывается в моей книге[427], а также в книге, написанной мной в соавторстве с Джимом аль-Халили[428].

Одним из самых больших успехов квантовой механики стало открытие мира субатомных частиц. Однако вместо желанной простоты наука окунулась в джунгли.

АТОМ И КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

Представление об атомах возникло еще в Древней Греции, однако и в начале XX века ученые продолжали спорить о природе атома: является ли он чем-то реальным, или это удобное для науки абстрактное понятие. В одной из четырех работ, опубликованных в 1905 году, Эйнштейн разрешил этот спор, показав, что хаотичное (броуновское) движение частиц, например микроскопических частиц пыльцы, взвешенных в воде, имеет смысл только в случае их столкновения с невидимыми атомами воды.