Ванна Архимеда: Краткая мифология науки - Свен Ортоли

Австриец Эрвин Шрёдингер (1887–1961) — один из пионеров квантовой механики, потрясшей всю физику XX века. Он был философом в не меньшей степени, чем физиком, и считал, что целью всякой науки и показателем ее ценности является ответ на вопрос «Кто мы такие?». Обладая необыкновенно плодотворным умом, в 1944 году он написал книгу «Что такое жизнь?», оказавшую глубокое влияние на создателей молекулярной биологии. Путем аализа связей микроскопического и макроскопического он пришел к гипотезе, что атомы наследственности представляют собой апериодические кристаллические структуры. Среди читателей его книги были и будущие первооткрыватели двойной спирали ДНК.

Но по сути его работы посвящены, во-первых, построению квантовой механики, а во-вторых, — скрытому в ней смыслу. Что такое материя, или, точнее, как наше сознание представляет себе материю? Этот вопрос неотступно преследовал австрийского физика. Обильную пищу для размышлений ему дала опубликованная Эйнштейном в 1935 году статья, в которой вопрос о законности квантовой механики ставится в свете проблемы измерений. По мнению Шрёдингера, функция ψ (ее называют «пси-функция») описывает реальность единой системы. В глазах Эйнштейна — напротив: она дает статистическое описание совокупности систем, и он будет придерживаться этой точки зрения до последнего вздоха.

В последовавшей переписке, датированной августом 1935 года, видно столкновение двух метафор. обозначившее природу меняющейся парадигмы.

Предположим, — пишет Эйнштейн Шрёдингеру, — что системой является некое вещество в состоянии неустойчивого химического равновесия, например бочка пороха, которая может в любой момент взорваться из-за внутренних сил и среднее время жизни которой порядка одного года. В принципе эту систему очень легко представить в квантовой механике. Вначале ее волновая функция характеризует ее состояние как полностью определенное. Но из твоего уравнения следует. что по происшествии года это будет уже не так. Пси-функция будет описывать своего рода смесь, включающую систему, еще не взорвавшуюся, и систему, которая уже взорвалась. Самая искусная интерпретация не позволит преобразовать эту функцию в адекватное отражение реального положения вещей.

В ответном письме Шрёдингер возражает:

В изолированной комнате находится счетчик Гейгера и малое количество урана — настолько малое, что в течение следующего часа вероятность деления одного атома в точности равна вероятности, что ни один атом не распадется. Промежуточный размножитель устроен так, что деление единственного ядра приводит к разрушению склянки, содержащей синильную кислоту. Это склянка и еще — прискорбное обстоятельство — некий кот также находятся внутри комнаты. Тогда по прошествии часа пси-функция всей системы будет содержать смесь в равных долях мертвого кота и кота живого, sic venia verbo[35].

Отсюда возникает проблема квантового измерения. Нужно в тот или иной момент произвести редукцию волнового пакета, то есть перейти от суперпозиции двух состояний (мертвого кота и живого кота) к одному-единственному.

Очевидно, есть только два решения. Первое, идеалистическое, долгое время защищали Юджин (Ойген) Вигнер и Джон (Янош) фон Нейман; оно заключается в том, что суперпозиция состояний исчезает в тот момент, когда наблюдатель заглядывает в комнату в окошко. Если же предположить, что по каким-то причинам окошко для наблюдателя недоступно, но в нем установлен фотоаппарат, пленку которого можно проявить лишь по происшествии года, то трудно настаивать, что восприятие состояния кота наблюдателем действительно задним числом. С точки зрения материалистического решения редукция волнового пакета происходит в момент срабатывания механизма, разбивающего склянку, так как именно переход от микроскопического уровня (атома урана) к макроскопическому (устройству механизма) уничтожает квантовые эффекты. Заметим, что у этого решения есть свои трудности: в числе прочих — возможность мгновенной передачи действия на расстояние.

Одним словом, история с котом показывает, что присутствие наблюдателя искажает наблюдение. Это искажение влечет за собой редукцию волнового пакета, а следовательно — к счастью, — и возникновение осязаемого результата (наблюдаемая траектория в пузырьковой камере, мерцание экрана и, наконец, жизнь или смерть кота). Но квантовая теория, столь могучая в решении своих задач, не предлагает никакой корректной теории измерения. В этом и заключается вопрос, поставленный парадоксом Шрёдингерова кота.

Что нам еще расскажет этот котик? Прежде всего, что у нас пока нет никакого Священного Писания, где изложена объективная правда о существующем мире и управляющих природой законах, не зависящих от присутствия или отсутствия открывающих их людей-наблюдателей. Бор и Гейзен берг верили (теперь известно, что с «квантовой» точки зрения они были не правы): мы не можем наблюдать за объектом, не воздействуя на него и не изменяя его. Для них, по словам Шрёдингера, «таинственная граница между объектом и субъектом разрушена». Сам же он не придерживался подобных взглядов. «Созерцающий дух не является физической системой и не может взаимодействовать ни с какой физической системой». Шрёдингер любил Эдгара По и приводил в пример рассказа «Маска красной смерти»: смельчак-танцор, рискнувший снять маску с незнакомца, не видит за ней ничего, кроме пустоты. Таким же образом, наблюдателя невозможно обнаружить в нашем представлении мира просто потому, что он и сть наше представление мира и, будучи причастен целому, не может проявиться в его части.

Кроме того, кот говорит нам: я жив и существую как таковой в аргументации Шрёдингера. Физике довольно непривычно обращение к столь сложным системам. Именно это и лишает метафору законных оснований, так как, будучи живым, кот непременно оказывается системой открытой и не изолированной. А классическая квантовая теория, построенная Нейманом, умеет описывать только замкнутые, а значит, изолированные системы. В современной интерпретации теории (в частности, Роланом Омнесом, Войцехом Зуреком и Робертом Гриффицем) акцент ставится на взаимодействии системы, прибора и окружающей среды. По утверждениям специалистов, именно «декогеренцией», вызываемой средой, объясняется очевидная редукция вектора состояния.

Почему место (скромное) в общей культуре занял только кот плюс разве что связанные с ним принцип неопределенности[36] и общее представление об индетерминистской физике? На то есть три причины. Во-первых, идейная сложность квантовой механики (математический ее аппарат не сложнее, чем у общей теории относительности) придает ей эзотерическую ауру, весьма удобную для тех, кто хочет утвердиться в роли гуру: в начале восьмидесятых годов рекламный плакат «трансцендентальной медитации» представлял на левой половине список заповедей, а на правой — самые герметические из уравнений квантовой механики и теории относительности. Во-вторых, в нестабильную эпоху наука, умеющая управляться с неопределенностью, несколько ободряет. Наконец, в-третьих, квантовая физика со всеми своими парадоксами (никуда без покровительственной тени Эйнштейна — говорят, он так никогда и не отказался от поисков «элемента реальности») искала большего, чем любая другая физическая теория: секрет природы мира, лежащего вне теней на стене пещеры. Вот почему, в то время как бодлеровские коты «со зрачками таинственными» флиртуют с потусторонним, кот Шрёдингера, а на самом деле — стоящий на пороге зверь флиртует с реальностью.

НЛО

В книге, опубликованной в 1993 году, французский журналист, бывший телеведущий, самим заглавием уже сделал весьма смелое заявление: «НЛО: наука движется вперед». В этой гладкой, как каток, метафоре автор с предельной ясностью выразил свою уверенность в существовании пришельцев с других планет. Невзирая ни на что, наша наука, словно маленький трудолюбивый муравей, собирает доказательства сего откровения. Вдобавок, сам того, вероятно, не сознавая, наш журналист признавал во всеуслышание, что современная наука для среднего обывателя — это что-то вроде эскадрильи летающих тарелок, кружащих над повседневной жизнью: она обнаруживает себя в неких проявлениях, оставаясь по природе невидимой и непостижимой. Ибо все, что касается летающих тарелок, отсылает нас к науке. Начиная с самого акта их рождения летом 1947 года.

24 июня Кеннет Арнолд, житель города Бойсе штата Айдахо (США), пролетал над долиной между вершиной Рейнир и горой Адамс в штате Вашингтон. Управляя своим частным самолетом, Арнолд заметил девять блестящих объектов, летящих на высоте 3000 метров со скоростью, казавшейся невероятной в то время, — он оценил ее в 1700 км/ч. Биллу Беккету, местому журналисту, которому он давал интервью после посадки, Арнолд объяснил, что объекты двигались волнообразно, словно «a saucer skipping over water», блюдце, подпрыгивающее на воде. Через несколько часов метафора получила заслуженное признание, и «flying saucers»[37], как их определил поэтически настроенный главный редактор, совершили свой первый тур по страницам ежедневных газет США. Бал НЛО начался.