В ходе этого спора оба великих исследователя вынуждены были пересматривать свои идеи. Эйнштейну пришлось признать, что в новых идеях нет внутренних противоречий. Однако Бор был вынужден признать, что всё не так просто и ясно, как ему казалось. Эйнштейн не хотел отказываться от того, что казалось ему ключевым моментом, – представления о том, что существует объективная реальность, не зависящая от того, что с чем взаимодействует. Он отказывался признавать реляционный аспект теории, тот факт, что объекты проявляют себя только во взаимодействиях. Бор не желал уступать в вопросе о корректности того глубокого нового способа, которым понятие реального концептуализировалось в новой теории. В итоге Эйнштейн признал, что теория представляет собой огромный шаг вперед в понимании мира и что она логически последовательна. Но он остался при убеждении, что объекты не могут быть настолько странными, как утверждала эта теория, и что за ней должно стоять более глубокое и естественное объяснение.
Спустя столетие мы остаёмся на той же точке. Ричард Фейнман, который как никто другой умел проделывать трюки с теориями, писал: «Мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает»
[83].
Уравнения этой теории и их следствия постоянно используются в самых разных областях – физиками, инженерами, химиками и биологами. Но они остаются загадочными: они описывают не сами физические системы, а лишь то, как физические системы взаимодействуют друг с другом и влияют друг на друга. Что это значит?
Физики и философы продолжают задаваться вопросом о реальном смысле этой теории, и в последние годы статей и конференций по этой теме становится всё больше. Что представляет собой квантовая теория спустя сто лет после своего рождения? Невероятное погружение в природу реальности? Недоразумение, работающее по чистой случайности? Часть недорешенной головоломки? Или указание на некие глубинные свойства нашего мира, которые мы еще не смогли до конца расшифровать?
Интерпретация квантовой механики, которую я здесь представляю, кажется мне одной из наименее естественных. Она называется реляционной интерпретацией и обсуждалась серьезными философами, такими как Бас ван Фраассен, Майкл Битбол и Мауро Дорато
[84]. Однако консенсуса по вопросу об интерпретации квантовой механики нет: другие физики и философы обсуждают другие идеи. Мы стоим на границе известного, и здесь мнения расходятся.
Квантовая механика – это лишь физическая теория: возможно, завтра она будет скорректирована в результате понимания того, что мир устроен иначе, еще сложнее. Некоторые ученые сегодня пытаются немного пригладить ее, сделав более соответствующей нашей интуиции. На мой взгляд, ее поразительный эмпирический успех вынуждает нас принимать ее серьезно и ставить вопрос не о том, что можно изменить в этой теории, а о том, что ограничивает нашу интуицию и делает теорию странной для нас.
Думаю, что непонятность теории – это вина не квантовой механики, а скорее результат ограниченности нашего воображения. Когда мы пытаемся «увидеть» квантовый мир, мы подобны кротам, привыкшим жить под землей, которым кто-то пытается описать Гималаи. Или пленникам, заключенным в глубине платоновой пещеры.
Когда умер Эйнштейн, его величайший соперник Бор нашел слова, чтобы выразить свое восхищение им. Когда через несколько лет скончался сам Бор, кто-то сфотографировал его рабочую доску. На ней был рисунок. Он представлял «ящик со светом» из эйнштейновского мысленного эксперимента. До самого конца желать дискуссии, чтобы больше понять. До самого конца сомневаться.
Это постоянное сомнение – глубочайший источник науки.
Часть III
Квантовое пространство и реляционное время
Если вы дочитали до этого места, то у вас есть все элементы, необходимые для понимания достоинств, недостатков и ограничений современной картины мира, предлагаемой фундаментальной физикой.
Существует искривленное пространство-время, возникшее 14 миллиардов лет назад (никто не знает как) и продолжающее расширяться. Это пространство – реальный объект, физическое поле, динамика которого описывается уравнениями Эйнштейна. Пространство изгибается и искривляется под действием массы вещества и рвется, образуя черные дыры, когда концентрация материи слишком высока. Материя разделена на сотни миллиардов галактик, каждая из которых содержит сотни миллиардов звезд, и состоит из квантовых полей, которые проявляются в форме частиц, таких как электроны и фотоны, или волн, подобных электромагнитным волнам, которые несут нам телевизионные изображения, солнечный и звездный свет.
Квантовые поля образуют атомы, свет и всё остальное содержимое Вселенной. Это странные объекты: их кванты являются частицами, когда взаимодействуют с чем-либо другим; но предоставленные самим себе, они распухают в виде «облаков вероятности». Мир – это рой элементарных событий, погруженных в огромное море динамического пространства, которое волнуется, подобно воде в океане.
Эта картина мира с несколькими уравнениями, которые ее конкретизируют, позволяет описать почти все, что мы видим.
Почти. Кое-что все же упускается. И как раз это мы ищем. В оставшихся главах книги мы обсудим эту недостающую часть.
Перевернув эту страницу, вы перейдете от того, что, к добру или нет, мы надежно знаем о нашем мире, к тому, чего мы еще не знаем, но пытаемся уловить.
Переворачивая страницу, мы словно покидаем безопасное пространство почти полной уверенности нашего маленького космического корабля и вступаем в неизвестное.
5
Пространство-время квантовое
В самой глубине нашего понимания физического мира скрывается парадокс. Общая теория относительности и квантовая механика, эти два сокровища, которые оставил нам XX век, оказались щедрым подарком, способствующим пониманию мира и созданию современных технологий. Первое способствовало развитию космологии, а также астрофизики, изучению гравитационных волн и черных дыр. Второе обеспечило нас основами атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц и конденсированного состояния, а также развитием многих других направлений.
