Истина Шредингера: почему физики не могут договориться об устройстве мира
Квантовая механика существует уже столетие и столько же вызывает яростные споры. Научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев рассказывает о новом масштабном опросе ученых, который показал, что их взгляды на природу реальности драматически расходятся, и мало кто уверен в своей позиции
Журнал Nature провел крупнейший в истории опрос ученых на тему того, как следует понимать квантовую механику. В нем приняли участие более 1100 респондентов, в основном физиков. Результат: эксперты резко расходятся в понимании общеизвестных формул, и довольно редко уверены, что их любимая интерпретация верна.
Лаборатория в кармане
Микросхемы в вашем смартфоне работают благодаря законам квантовой механики. Читая этот текст, вы проводите эксперимент по проверке квантовых формул. Как серийная микроэлектроника, так и передовые экспериментальные установки функционируют в точности так, как предсказывают уравнения.
Все физики согласны, что, скажем, электрон в вакуумной камере описывается волновой функцией. Эта функция приписывает каждой точке пространства в каждый момент времени определенное число. Квадрат модуля этого числа — это вероятность обнаружить электрон в данное время в данном месте. Можно сделать так, чтобы вероятность появления электрона там, где он нужен, была достаточно велика. В микросхеме бесчисленное множество электронов, так что теория вероятностей гарантирует, что токи и напряжения будут какими надо. На этом и основана электронная техника.
Но как только ученые пытаются перевести квантовые законы с сухого языка уравнений «на человеческий», начинаются трудности. Почему мы не можем точно предсказать, где обнаружим частицу? Дело в неполноте наших знаний или электрон просто не имеет определенного положения до того, как его измерят? А если не имеет, что заставляет его определиться с локацией в момент измерения? Само наличие измерительного прибора? Или даже — есть и такое мнение — сознание экспериментатора? Это далеко не все вопросы, встающие при попытке осмыслить квантовый мир.
Попытки ответа породили многочисленные интерпретации квантовой механики, подчас балансирующие на грани физики и философии.
Визит в Копенгаген
Самой популярной (36% опрошенных) оказалась копенгагенская интерпретация. Она названа в честь университета, где работали ее основоположники — Нильс Бор и Вернер Гейзенберг. Эта интерпретация гласит, что по квантовым законам живут лишь частицы, атомы и другие микроскопические объекты. Как только частицы собираются в макроскопические тела, для квантовых странностей не остается места. Электрон в вакууме действительно «размазан» по всему пространству. Но как только рядом оказывается измерительный прибор, состоящий из огромного числа частиц, ситуация меняется. Взаимодействуя с ним, электрон начинает жить по законам макроскопической физики, где никакой Фигаро не может быть «здесь» и «там» одновременно.