Это всё квантовая физика! Непочтительное руководство по фундаментальной природе всего

Кто-то считает, что параллельные вселенные симпатичнее спонтанного коллапса, а кто-то – нет. Одни не против теории Бора с ее случайностью и сверхсветовыми эффектами, другим она претит настолько, что они решают создать совершенно новые теории.

И по сей день типичный диспут по квантовой механике сводится к тому, что физики швыряют друг другу в лицо свои произвольные эстетические предпочтения, будто они так же весомы и надежны, как и реальные экспериментальные данные. И пусть их крики и ворчание облечены в научно звучащие слова, суть от этого не меняется: «Моя теория красивее вашей, а кому это не очевидно, тот дуболом!»

Имеющиеся данные даже близко не оправдывают тот уровень доверия, с которым большинство физиков относятся к предпочитаемым теориям: еще никому не удалось ни придумать, ни провести эксперимент, который давал бы разные результаты в зависимости от того, какая картина квантовой механики верна. Но зачем вообще данные, когда знаешь, что прав?

Пока у нас не появится больше данных, квантовая механика останется тестом Роршаха. Когда физики выбирают какой-то один способ смотреть на реальность, заявляют, что он единственно правдоподобный, и громко удивляются, как можно всерьез относиться к другим (а такое происходит постоянно), они тем самым рассказывают гораздо больше о своих эстетических предпочтениях, чем о научных суждениях.

Вот она, современная физика во всем своем тщеславии – убежденная, будто эстетика способна заменить данные и будто лишь горстка избранных вправе решать, что «красиво», а что «безобразно».

Это возвращает нас к Эйнштейну – усатому и лохматому любителю вздремнуть днем, который, как гласят легенды, будучи заядлым курильщиком, подбирал на улице окурки и табаком из них набивал потом свою трубку. Сразу ясно, что у человека тонкий вкус и на его эстетическое чутье можно полагаться, если хочешь понять самую значимую физическую теорию нашего времени. (Справедливости ради отметим, что Эверетт тоже был заядлым курильщиком и страдал от лишнего веса, а Госвами, похоже, никогда не выходит из дома без панамки, какое бы время года ни стояло.)

Только что совершив революцию в теории гравитации, Эйнштейн решил проделать то же самое с квантовой механикой, надеясь восстановить картину вселенной без случайности и сверхсветовых выкрутасов.

И вот он пригладил шариком шевелюру и приступил к работе над новой теорией – оказавшейся тупиковой и едва не перевернувшей всю физику с ног на голову.

Надо копнуть глубже

Эйнштейн понимал, что иногда случайное на самом деле не случайно, а только кажется таким, поскольку мы видим лишь часть общей картины.

Например, теоретически мое имя пишется Jeremie, но большинство бариста из «Старбакса» в моей родной Оттаве с этим категорически не согласны. Когда я протягиваю руку за свежесваренным дольче латте с корицей за двадцать баксов (писательство – ремесло затратное, так что, пожалуйста, не скачивайте пиратскую версию этой книги), на стаканчике черным маркером выведено, как правило, банальное Jeremy. Знаю-знаю, мне приходится нелегко.

Иногда мое имя пишут правильно, но какой вариант мне выпадет в конкретный день – дело случайное и непредсказуемое. Или скорее таким кажется.

На самом деле, едва я слышу акцент бариста, я сразу понимаю, родной ли для него французский язык. Если да, я рассчитываю увидеть на стаканчике французское написание своего имени. Так что акцент бариста – единственная переменная, которая позволяет мне предсказать то, что иначе предсказать бы не получилось.

Однако уловить акцент мне удается не всегда. Иногда бариста далеко и его плохо слышно, а подбираться ближе как-то неловко. В таких случаях «акцентная переменная» от меня скрыта – и я лишаюсь единственной возможности предсказать написание имени на стаканчике. Оно снова кажется мне случайным, но не потому, что действительно случайно, а потому, что я не вижу переменную, которая за него отвечает.

Эйнштейн считал, что квантовые частицы – как мой стакан: может казаться, что они ведут себя случайным образом, но эта случайность – иллюзия. В реальности поведение квантовых частиц полностью детерминировано, однако им управляют скрытые переменные, которых мы не можем увидеть, поскольку они для нас недосягаемы.

Поэтому, согласно картине Эйнштейна, электроны не вращаются одновременно и по часовой стрелке, и против, чтобы коллапсировать в одно случайное состояние, только когда мы их пронаблюдаем. Нет, они вращаются в одном направлении – но определяют это направление скрытые от нас переменные, одна или несколько.

«Скрытые переменные» коренным образом изменили бы для физики исход игры. У нас появился бы совершенно новый слой реальности, который мы могли бы снять – и тогда перед нами снова оказалась бы идеальная предсказуемость. Вселенная теории скрытых переменных была бы на сто процентов детерминистической, совсем как механистическая вселенная Ньютона. Это придало бы физике могущества – мы смогли бы делать предсказания без неопределенностей, которые, как мы когда-то считали, внутренне присущи квантовой механике. Только представьте, какие щедрые гранты на исследования можно было бы получить!

Но Эйнштейну этого было мало. Он хотел иметь не просто предсказуемую теорию скрытых переменных – ему нужна была теория, которая еще и не допускает сверхсветовых эффектов.

Тогда он еще не мог знать, что через много лет после его смерти знаменитый ирландский физик Джон Белл докажет, что виш-лист Эйнштейна был за гранью возможного. По причинам, которые включают в себя формулы с греческими буквами, выяснилось, что теорию скрытых переменных нельзя заставить работать, не задействовав сверхсветовые грязные делишки, вызывавшие у Эйнштейна такое отвращение. Теория бедного старого Эйнштейна была нежизнеспособна с самого начала.

Но почему вообще Эйнштейн настаивал на том, что все эти сверхсветовые выкрутасы надо запретить? Не хочу показаться заезженной пластинкой, но ответ прежний – эстетические предпочтения. Нет никаких фундаментальных причин, по которым в квантовой теории не могут участвовать определенные сверхсветовые взаимодействия, как они участвуют в интерпретации Бора. Просто Эйнштейн считал, что это мерзость^[10].

Так что даже Альберт Эйнштейн, нобелевский лауреат, создатель теории относительности и первооткрыватель фотона, умудрился пойти на поводу у своих эстетических прихотей и потратил последние годы своей карьеры на продвижение теории, обреченной на провал. Перефразируя цитату из «Звездного пути», заметим, что «эстетика в пустом мешке идет по цене мешка».

К счастью, другие физики оказались не так придирчивы, как Эйнштейн. Один из них, в частности, готов был мириться со сверхсветовыми фокусами и продвигать идею скрытых переменных.

Была только одна проблема – он был чертов коммуняка.

Красная физика

В наши дни среди очень умных людей пошла мода на то, чтобы поправлять бухгалтерские очки в стиле пятидесятых и цедить что-нибудь глубокомысленное вроде «Знаете, в западной науке столько слепых пятен, потому что она порождение западного общества». (Правда, они не скажут просто «общество» – у них сплошная «культурная среда» и прочие умные выражения, которые они выговаривают так, чтобы сразу становилось ясно: они очень, очень умны.)