Странник

Может быть, если бы в юности Дейв послушался своего отца, успешного адвоката, и пошел бы по его стопам, то мир не казался бы ему таким противоречивым. Да, он мог бы быть для него не таким глубоким и не таким романтичным, но зато предоставил бы массу других более ощутимых материальных удовольствий, а главное, гармнонию со своим внутренним «я». Но, как назло, именно тогда, когда надо было принимать одно из самых фундаментальных решений в жизни, а именно определяться с выбором института, ему попалась на глаза популярная книжка, в более чем доступной форме рассказывающая об относительно молодой тогда еще науке – квантовой механике. Он хорошо помнил, что начиналась она с волшебного по истине двухщелевого эксперимента, проведенного Томасом Юнгом еще в 1803 году. Самое поразительное в этом опыте было то, что направляемый на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями с шириной, равной длине волны, позади которого устанавливался проекционный экран, пучок света, вел себя совершенно непредсказуемым образом.

Если исходить из того, объяснялось в книге, что свет состоит из частиц (корпускулярная теория света), то на проекционном экране можно было увидеть только две параллельных полосы света, прошедших через прорези ширмы. Между ними проекционный экран оставался бы практически неосвещенным. С другой стороны, если предположить, что свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая прорезь являлась бы в этом случае источником вторичных волн.

При этом, в соответствии с волновыми свойствами, утверждалось, что если вторичные волны достигнут линии в середине проекционного экрана, находящейся на равном удалении от прорезей, в одной фазе, то на серединной линии экрана их амплитуды сложатся, что создаст максимум яркости. То есть, максимум яркости окажется там, где согласно корпускулярной теории, яркость должна быть практически нулевой. С другой стороны, на определённом удалении от центральной линии волны окажутся в противофазе – их амплитуды компенсируются, что создаст минимум яркости (тёмная полоса). По мере дальнейшего удаления от средней линии яркость периодически будет меняться, возрастая до максимума и снова убывая, создавая на проекционном экране чередующиеся светлые и темные, как у зебры, интерференционные полосы. Эта странная картина и была в результате получена Томасом Юнгом, доказавшим волновую природу света. Вместо двух светлых полос от света, проходящего через две щели, на экране возникала целая интерференционная череда.

Именно после прочтения этой скучной, по большому счету, книжки у Дейва Штанмайера произошло устойчивое раздвоение сознания, и он, клятвенно обещая отцу заняться адвокатской деятельностью, стал усиленно тайно готовиться к поступлению на физический факультет. Сооответствующая литература, которую он стал поглощать в громадных количествах, не освободила его от возникшего комплекса, а, напротив, все больше и больше укореняло его в еще не окрепшем сознании молодого человека. Дуализм природы и собственного сознания не давал Дейву покоя ни днем, ни ночью. Иногда ему снились чудовищные эксперименты, от чего он просыпался в холодном поту и потом долго еще не мог заснуть, пытаясь найти в увиденном какую-то подсказку или рациональное зерно.

Когда же речь заходила о роли наблюдателя, присутствующего при проведении тех или иных опытов, то здесь Дейва клинило окончательно и бесповоротно. Хоть убейте, но он никак нем мог понять, как сам факт наблюдения в квантовой механике может влиять на результаты эксперимента. «Каким образом, – задавал он себе один и тот же вопрос, – это может происходить? Мы что, волшебники, способные своим взглядом изменять существующую реальность?» И раз за разом он воспроизводил по памяти один из главных мысленных экспериментов, объясняющих этот факт, – так называемый «парадокс кота Шрёдингера».

В закрытом ящике находится кот, а рядом с ним, в том же ящике, – атом радиоактивного изотопа, счётчик продуктов распада и устройство, которое при срабатывании счётчика разбивает ампулу с ядом. Пока атом не распался, с котом всё в порядке, но, когда атом распадается, под действием продуктов распада срабатывает счётчик, по его сигналу специальное устройство разбивает ампулу, и кот гибнет от яда.

Далее вступает в силу вероятностный характер квантовой механики. Неизвестно, когда атом распадется, в каждый данный момент имеется лишь определённая вероятность распада. А точнее, в каждый данный момент атом находится в суперпозиции двух состояний: состояния, когда он ещё не распался, и состояния, когда он распался. И в результате возникает парадокс. Подходя к закрытому ящику, мы должны, согласно законам квантовой механики, считать, что система (атом плюс кот) находится в суперпозиции двух состояний: нераспавшийся атом плюс живой кот и распавшийся атом плюс мёртвый кот.

Открыв ящик, мы, разумеется, никогда никакой суперпозиции не обнаружим, а увидим либо живого кота (и ещё не распавшийся атом), либо мёртвого кота (и уже распавшийся атом). Описание системы зависит, следовательно, от того, открыли мы ящик или ещё не открыли. В этом и состоит парадокс.

В более общих терминах описание системы после измерения зависит от того, осознал наблюдатель результат измерения или нет. В случае шрёдингеровского кота измерением можно считать всю описанную процедуру, а результатом измерения – то, что наблюдатель видит, открыв ящик. При этом драматическая ситуация с гибелью кота призвана лишь усилить психологическое воздействие на того, кто рассматривает эту ситуацию. На самом деле парадоксальность возникает в любом квантовом измерении: пока результат измерения не осознан наблюдателем, этот наблюдатель описывает состояние системы как сосуществование (суперпозицию) двух или более альтернатив. Если же результат измерения уже осознан, тот же наблюдатель описывает состояние как одну из альтернатив.

Каждый раз, перед тем, как открыть холодильник, молодой Дейв представлял себе, как в нем бегает живая еще курица, несущая яйца, помидоры зеленеют на ветках, а молоко находится не в пакетах, а в коровьем вымени. И только после того, как он заглядывал внутрь, то есть проводил, в известном смысле, измерение системы, он убеждался в том, что все же внутри холодильника находятся полуфабрикаты, а не сами целые и невредимые, хоть и потенциально съедобные растения или животные.

По мере накопления квантовой информации его мозг становился все тяжелее и тяжелее, а психоз нарастал. К тому же, отец все чаще и чаще стал спрашивать его о планах поступления и предлагал конкретные варианты из числа лучших американских юридических учебных заведений. Пора было кончать с этой личностной суперпозицией (юриспруденция – физика) и однажды вечером Дейв решительно заявил отцу:

– Я хочу заниматься квантовой физикой.

Услышав это, пожилой адвокат вышел в свой кабинет и застрелился. В переносном смысле этого слова, конечно. Он не хотел переубеждать сына, ибо понял, что это, вряд ли, получится. А радостный Дейв, которого после чистосердечного признания сразу отпустило, пошел первый раз в бар и напился с друзьями до состояния полураспада, хотя это состояние имело к квантовой механике лишь косвенное отношение.

На следующий день в его голове в состоянии суперпозиции находились такие противоречивые составляющие, как пиво и виски, но он продержался и к вечеру уже имел повторую вполне позитивную встречу с отцом на предмет выбранного пути.

– Я уважаю твое решение, сын, – сказал Штанмайер старший, – тем более, что твой прадед по материнской линии, как выяснилось, был достаточно известным физиком. Возможно, в тебе говорят его гены. Возражать против природы было бы преступно с моей стороны. Помни только одно: если тебе понадобится мудрый совет, ты всегда можешь обратиться ко мне, если это только не касается естественных наук. Признаться, я в них – полный профан. Более того, открою тебе еще одну маленькую тайну: все отличные юристы и экономисты – это неудавшиеся технари. Так что, вот тебе мое родительское благословение: хочешь быть физиком, значит, будь им!

Так оно, в конечном счете, и произошло. После получения степени бакалавра Дейв поступил в магистратуру физического факультета Массачусетского технологического института, с которым у него оказалась связана и вся дальнейшая жизнь. Естественно, по мере углубления в предмет знания ученого становились все более обширными и систематизированными. Он освоил целый ряд математических, физических и даже химических дисциплин. Все давалось ему относительно легко, все за исключением его любимой квантовой механики. Ее слишком вычурный, неестественный и, если угодно, нелогичный характер – как это – кот жив, и одновременно – кот мертв? – ввергали его в, казалось бы, давно забытое юношеское непонимание предмета и сопутствующее ему уныние. Самым неприятным во всей этой истории было то, что он совершенно отчетливо понимал, что разгадка этой дилеммы лежит где-то на поверхности, что она чрезвычайно простая, настолько простая, что ее до сих пор никто не может найти.