ПАРАДОКС КОТА ШРЁДИНГЕРА

Как прекрасно, что мы столкнулись с парадоксом. Теперь у нас есть надежда продвинуться дальше.

Нилъс Бор

Квантовая механика подобна черному ящику. Она предлагает четкие объяснения того, что мы увидим, если проведем эксперимент с атомами и субатомными частицами. Но мы видим лишь то, что есть на входе и на выходе, а между ними лежит тайна. Прогнозирование результатов квантовых экспериментов всегда включает элемент вероятности: в 10 процентов случаев возникает один исход, а в 90 процентов – другой. Неопределенность, которую выражает эта случайность, непохожа на другие разновидности случайностей, с которыми нам приходится сталкиваться в социологии или в повседневной жизни. Эти виды случайности возникают из-за неполноты имеющейся информации. Такая случайность всего лишь подтверждает, что мы владеем недостаточным объемом фактов. Но неопределенность можно снизить, если поработать усерднее и собрать больше данных. Квантовая неопределенность – иная. Она сохраняется, даже если мы располагаем всей информацией, которую можно собрать о мире.

Она неотделима от наблюдения и является следствием того, что «наблюдатель» сам является частью исследуемого мира. Нельзя исследовать мир, как птиц, надежно спрятавшись. В определенном смысле, наблюдая мир, мы всегда изменяем его состояние. Точнее говоря, мы всегда неразрывно с ним связаны.

Эти изменения обычно незначительны, если мы следим за достаточно большими телами, однако в микромире они становятся критически важными. Как было показано в предыдущей главе, когда квантовая длина волны объекта сравнима с его физическим размером или превышает этот размер, квантовое «размытие» становится заметным и мир начинает вести себя совсем не так, как в повседневной жизни.

В 1935 году Эрвин Шрёдингер, австрийский физик, который вывел основное уравнение для вычисления вероятностей различных исходов наблюдаемых количественных экспериментов, придумал эксцентричный мысленный эксперимент, получивший впоследствии название «парадокс кота Шрёдингера».

Предположим, что кот оказался в запертой комнате, где кроме него еще находится счетчик Гейгера и источник радиоактивных частиц. Если счетчик Гейгера зарегистрирует одну из таких, фактически совершенно случайных, квантовых реакций радиоактивного распада в течение часа с начала эксперимента, сработает простое устройство, что вызовет отравление воздуха в комнате с котом, и кот сразу же погибнет. Если в течение этого часа не распадется ни один из радиоактивных атомов, кот выживет. Эксперимент заканчивается тогда, когда мы заглядываем в коробку и определяем, жив кот или мертв.

Шрёдингер доказывал, что с точки зрения квантовой механики, до того как мы заглянем в камеру, кот должен существовать в некой вероятностной смеси живого и мертвого состояний. Определить, жив кот или мертв, можно, только заглянув в камеру, но один из двух исходов возникает с некоторой вероятностью, узнать которую можно, решив уравнение Шрёдингера. Как и когда этот странный, смешанный, ни живой, ни мертвый кот переходит в одно из двух состояний, которое мы обнаруживаем, открыв коробку? Какой участник опыта приводит ситуацию к этому окончательному разрешению: вы как наблюдатель, счетчик Гейгера или даже сам кот? Или квантовая механика просто неприменима к таким крупным телам, как коты?

Шрёдингер пытался подчеркнуть, что он не верит в пригодность квантовой теории для полного описания физической реальности. Не сам кот, а наши знания о нем в этом эксперименте оказываются в смешанном состоянии. Сторонники стандартной интерпретации квантовой механики, в том числе сам Нильс Бор, могли бы возразить, что нет такого феномена, как «кот сам по себе», есть только наши реальные знания о коте. Нет никакого способа разделить в этом эксперименте кота и наблюдателя.

Парадокс с котом позволил кратко сформулировать проблему интерпретации квантовой механики и кажется симптоматичным примером, подсказывающим, что в нашем представлении о том, как устроен мир, имеются фундаментальные пробелы. Возможно, мы еще просто не нашли достаточно ясного способа описания квантовой механики и запутались в каких-то странных побочных эффектах, встретившихся нам на не самом удачном пути ее изучения. Никто не сомневается, что в своей основе квантовая механика представляет собой чудесное приближение к пониманию абсолютной истины о том, по каким законам живет микромир. Ее предсказания подтверждаются с беспрецедентной экспериментальной точностью, и все мировые компьютеры, микроэлектронные устройства и технические системы работают на ее основе. Однако изображение «этого проклятого кота» не дает физикам покоя уже более 70 лет и ставит перед ними проблему интерпретации квантовой механики таким способом, который был бы убедителен и понятен для каждого. Решение головоломки с котом, вероятно, подскажет нам, можно ли в принципе применять квантовую теорию к феноменам, которые существуют, но не поддаются наблюдению целиком – такова, например, сама Вселенная.