Коль вы способны, сев времен провидя,
Сказать, чьи семена взойдут, чьи – нет,
Судьбу и мне откройте
[24].
Согласно Ньютоновой физике, можно заранее предсказать, какое зерно прорастет, а какое нет. Эта точка зрения преобладала среди физиков на протяжении нескольких столетий. Так что неопределенность была ересью и потрясла современную физику до основания.
Битва титанов
По одну сторону этого спора были Эйнштейн и Шрёдингер, принимавшие в свое время участие в запуске квантовой революции. По другую сторону – Нильс Бор и Вернер Гейзенберг, создатели новой квантовой теории. Кульминацией схватки стал исторический Шестой Сольвеевский конгресс в 1930 г. в Брюсселе. Именно там прошли главные дебаты эпохи, в ходе которых гиганты физики сошлись лицом к лицу в схватке за смысл самой реальности.
Пауль Эренфест позже писал об этом: «Я никогда не забуду, как на моих глазах два оппонента покидали университетский клуб. Эйнштейн являл собой величественную фигуру и шел спокойно со слабой ироничной улыбкой, а Бор, ужасно расстроенный, семенил рядом с ним»
[25]. В холле можно было услышать, как Бор отрешенно бормотал себе под нос одно только слово: «Эйнштейн… Эйнштейн… Эйнштейн».
Эйнштейн начал атаку, выдвигая против квантовой теории возражение за возражением и пытаясь наглядно продемонстрировать всю ее абсурдность. Но Бор успешно отражал критические замечания Эйнштейна одно за другим. Когда Эйнштейн очередной раз повторил, что Бог не играет в кости со Вселенной, Бор, как говорят, ответил: «Перестаньте указывать Богу, что делать».
Физик из Принстона Джон Уилер сказал: «Это были величайшие дебаты из всех мне известных в нашей интеллектуальной истории. За тридцать лет я ни разу не слышал о публичном споре двух более великих людей, который продлился бы дольше и был бы посвящен более глубокому вопросу с более глубокими последствиями для понимания этого нашего странного мира»
[26].
Историки в основном сходятся во мнении, что спор этот выиграли Бор и квантовые бунтари.
И все же Эйнштейну удалось вскрыть и продемонстрировать всем трещины в фундаменте квантовой механики. Он показал, что этот великан стоит на глиняных философских ногах. Высказанные им тогда критические замечания можно услышать даже сегодня, и в центре их находится один интересный кот.
Кот Шрёдингера
Шрёдингер придумал простой мысленный эксперимент, в котором наглядно проявилась суть проблемы. Поместите кота в запечатанный ящик. Положите туда же кусок урана. Когда из урана вылетит элементарная частица, сработает счетчик Гейгера, приводящий в действие пистолет, который выпустит пулю в кота. Вопрос при этом ставится так: кот жив или мертв?
Поскольку распад атома урана – чисто квантовое событие, то и кота вам придется описывать с точки зрения квантовой механики. Для Гейзенберга, пока вы не открыли ящик, кот существует в виде сочетания различных квантовых состояний, то есть представляет собой сумму двух волн. Одна из этих волн описывает мертвого кота, другая – живого. Кот при этом не жив и не мертв, но представляет собой сочетание этих двух состояний. Единственный способ сказать, мертв кот или жив, – открыть ящик и произвести наблюдение; тогда волновая функция схлопнется в мертвого или живого кота. Иными словами, наблюдение (для которого требуется сознание) определяет существование.
Для Эйнштейна все это было нелепостью и напоминало философию епископа Беркли, который задавал вопрос: если дерево падает в лесу и вокруг нет никого, кто мог бы это услышать, то производит ли его падение звук? Солипсисты сказали бы, что нет. Но квантовая теория поступила еще хуже. Она объявила, что если в лесу имеется дерево, рядом с которым никого нет, то это дерево существует как сумма множества различных состояний: например, сгоревшего дерева, молодого ростка, бревна, листа фанеры. Только когда вы смотрите на это дерево, его волновая функция волшебным образом схлопывается в обычное дерево.
Когда к Эйнштейну домой приходили гости, он, бывало, спрашивал: «Существует ли луна только потому, что на нее смотрит мышь?» Но какой бы нелепой ни казалась квантовая теория, как бы сильно она ни противоречила здравому смыслу, у нее имелось одно серьезное достоинство: она была экспериментально верна. Предсказания квантовой теории проверены до одиннадцати цифр после запятой, что делает ее самой точной теорией всех времен.
Эйнштейн, однако, готов был признать, что квантовая теория частично истинна. В 1929 г. он даже выдвинул Шрёдингера и Гейзенберга на Нобелевскую премию по физике.
Даже сегодня среди физиков не существует единого мнения по проблеме кота. (Старая копенгагенская интерпретация Нильса Бора, в которой истинный кот появляется только потому, что наблюдение вызывает схлопывание его волновой функции, вышла из моды, поскольку сегодня при помощи нанотехнологий мы можем манипулировать отдельными атомами и проводить подобные эксперименты. Более популярной стала многомировая интерпретация, где вселенная расщепляется надвое, причем в одной половине кот мертв, а в другой – жив.)
[27]
Успех квантовой теории позволил физикам в 1930-е гг. обратить взгляды на другую задачу и нацелиться на новый приз. Они вознамерились ответить на извечный вопрос: почему светит Солнце?
