Революционность заявления квантовой физики заключается в том, что если во Вселенной и есть определенный порядок (волны или частицы), то он не ограничен одной физической стороной. Материю можно оценить количественно, а разум определяет, что именно нам известно. Наши мысли и чувства играют свою роль в определении, как именно функционирует Вселенная и как мы ее воспринимаем. То, что мы думаем, физически влияет на то, что мы воспринимаем, и эта идея вызвала революцию не только в физике, но и в философии, а также в исследованиях сознания. Нобелевский лауреат и специалист в области квантовой физики Макс Борн говорил: «Теперь я убежден, что теоретическая физика на самом деле философия» [6].
Медленное и неохотное признание новых открытий квантовой физики можно приписать отчасти материалистскому мировоззрению, в условиях которого воспитывались почти все мы. Согласно ему, объективный, материальный мир функционирует только в соответствии с неизменными законами классической физики, о которых говорилось в предыдущем разделе.
Квантовая запутанность
Если в двухщелевом эксперименте пропускать через щели так мало света, чтобы только один фотон проходил через две щели за раз, и не проводить никаких измерений с целью определить положение этого фотона, светочувствительная пластинка в конце концов вновь покажет рисунок интерференции, подтверждая, что свет ведет себя как волна. Даже когда свет состоит из изолированных фотонов, он ведет себя как волна, и это означает только, что каждый фотон проходит обе щели одновременно. При этом фотон оказывается в состоянии запутанности сам с собой. Это явление называется суперпозицией волновых функций, при нем волну следует рассматривать уже не как настоящую волну, а, пользуясь термином Борна, как волну вероятности. Уравнение волны вероятности описывает вероятность, с которой частицу можно обнаружить в определенном положении; оно известно также как волновая функция частицы. Когда интенсивность света угасает и массированная бомбардировка частицами ослабевает до испускания изолированных фотонов, свет описывается уже не как электромагнитная волна, а как волна вероятности. Согласно обычному определению, свет – это электромагнитное поле, которое ведет себя как возмущение в пустом пространстве или в вакууме. В больших количествах фотоны ведут себя как электромагнитный волновой пакет. Но при прохождении единственного фотона и отсутствии измерений электромагнитной волны неизмеряемая волна вероятности применяется для статистических предсказаний места, где фотон ударится о фотопластинку. В этот момент изолированный фотон ведет себя как волна вероятности. В отсутствие наблюдения фотон не имеет местоположения, потому что он обладает бесконечным множеством возможных местоположений. Уравнение для таких квантово-механических волн сформулировал квантовый физик Эрвин Шрёдингер [7].
Электроны атома располагаются в поле вероятностей вокруг ядра, и каждый раз при наблюдении они занимают другое положение в этом поле. Задача осложняется тем, что положение и импульс электрона нельзя измерить одновременно. В итоге мы никогда не знаем наверняка, где именно находится электрон. Таков принцип неопределенности нобелевского лауреата, квантового физика Вернера Гейзенберга: при попытке измерить импульс электрона мы теряем возможность одновременно определить его положение. Наблюдение невозможно без значительного изменения наблюдаемого объекта. Наблюдение сводит бесчисленные возможности (волны вероятности) к единственному факту, положению частицы в конкретный момент времени. Математик и физик Роджер Пенроуз называет это явление объективной редукцией [8]. Ученые пришли к выводу, что наблюдатель определяет, где и как будет воспринята частица. Наблюдение за процессом влияет на результаты, потому что все со всем взаимосвязано. Это исключает всякую вероятность объективного наблюдения, и этот принцип применим как к экспериментам, так и к повседневной жизни. Вся (наблюдаемая) реальность субъективна, поскольку разум наблюдателя определяет то, что будет находиться под наблюдением. А если речь идет о согласованных действиях двух и более наблюдателей, следует говорить об интерсубъективности, а не об объективном восприятии реальности.
Некоторые выдающиеся специалисты в области квантовой физики, в том числе Юджин Вигнер, Брайан Джозефсон и Джон Уилер, а также математик Джон фон Нейман придерживаются радикального толкования, согласно которому само наблюдение в буквальном смысле слова создает физическую реальность; эта позиция отводит сознанию более фундаментальную роль, нежели материи или энергии. Фон Нейман пишет: «Мир состоит не из битов вещества, а из битов знаний – субъективных, осознанных познаний» [9].
Квантовый физик Генри Стапп пишет, что включение человеческого сознания в базовую структуру физических теорий – одно из ключевых открытий в квантовой физике. Представления классической физики о полной релевантности наших мыслей он считает серьезной проблемой. Квантовая физика позволяет нам рассматривать самих себя как людей, которые стремятся к знаниям и применяют их, как тех, кто благодаря исследовательской деятельности способен оказывать некоторое влияние на наше окружение и, следовательно, не должен быть низведен до уровня автоматов. Вот почему нобелевский лауреат Юджин Вигнер утверждает, что квантовая физика занимается наблюдениями, а не наблюдаемыми объектами. В книгах «Нелокальная Вселенная: новая физика и вопросы разума», «Вселенная самосознания: как сознание создает материальный мир» и «Духовная Вселенная» (The Non-Local Universe: The New Physics and Matters of the Mind; The Self-Aware Universe: How Consciousness Creates the Material Mind; The Spiritual Universe) также рассматривается ключевая роль сознания в связи с квантовой физикой и последствиями для нашего мировоззрения. Многие физики и философы добиваются признания такой интерпретации квантовой физики [10].
Нелокальность
Как могут две отдельных частицы оказывать на расстоянии мгновенное влияние друг на друга? Как нам объяснить квантовую запутанность двух (или более) удаленных друг от друга объектов? В этом заключается один из ключевых принципов квантовой физики и одно из самых глубоких и поразительных открытий в истории этой науки. В его основе лежит теорема Белла, которую в 1982 году доказали физик Ален Аспе и его коллеги [11]. В ходе экспериментов они измерили изменение спина двух частиц.
Что такое спин? Это фундаментальное природное свойство, родственное электрическому заряду или массе. У всех мельчайших частиц – протонов, нейтронов и электронов, – есть либо положительный, либо отрицательный спин, и он всегда кратен одной второй. У отдельных неспаренных частиц спин равен одной второй.
Если производится местное измерение спина или вращения частицы, классические физики подразумевают, что это измерение имеет локальный эффект. Но если эксперимент проводится с двумя частицами, исходящими из одного и того же источника, но выпущенными в разные стороны, тогда измерения проводятся в двух отдельных местах, и ученые обнаружили, что измерения первой частицы также дают нам результаты измерений второй частицы. Другими словами, существует связь, квантовая запутанность двух частиц, которая дает нам возможность предвидеть результат; нет локального или прямого влияния между двумя частицами, которое вызвало бы совпадение результатов измерения второй частицы с результатами измерения первой. Это открытие было революционным, потому что до того момента считалось общепризнанным, что лишь локальные или непосредственные причины могут определять исход измерений. Согласно квантовой механике, оказалось, что это не так.
