What Is Real?: The Unfinished Quest for the Meaning of Quantum Physics
Прекрасная книга о квантовой физике, написанная в логике квантовой физики. Знание о том, как мир устроен на уровне элементарных частиц дано нам в самом опосредованном виде. Математика, модели, эксперименты – результаты которых всегда косвенные. При этом, математика хорошо считает вероятности, но непредставимо, что именно она означает, как оно на самом деле работает. Даже теория относительности человечней – искажение пространства и времени, ограничение на скорость света, все это легко себе представить. Но не квантовую механику.
Метафоры вошли в поп-культуру: исход эксперимента зависит от того, наблюдает ли кто-то за ним, вечный кот, принцип неопределенности. Как действительно устроен этот слой реальности не понимает никто. Даже тот, кто вроде бы понимает математику, на которой все достаточно ловко описывается – драматизм ситуации дополняется удивительной точностью прогнозов, которые дает теория.
What is Real – отличнейшая книжка о том, как менялись представления за последние сто лет о реальности, описываемой этим ловким математическим аппаратом. Не о реальности, о представлениях, о том, что мы вроде бы можем отследить. Это напомнило мне книжку 1491, которая в самых лучших своих частях описывает изменения взглядов на историю Америки до прихода европейцев – сама история темна и скрыта от нас, но то, что люди писали и говорили о ней, позволяет многое понять о следующем периоде: с 1491 года.
Базовые идеи квантовой механики заложены, страшно сказать, почти сто лет назад. Считать рассуждения в духе “можно с точностью установить либо координаты, либо скорость электрона” сколько-нибудь свежими можно только тем людям, для которых “Матрица” – актуальное киберпанк-выссказывание. Нильс Бор с плеядой своих учеников сбил на базе математического аппарата, предложенного Шредингером, крепкую модель. Но представить себе наглядно, как могут быть устроены объекты, описываемые этой моделью, толком не получается ни у кого. Благодаря опытам Резерфорда все уже вообразили себе атом как маленькую планетарную систему, но все совсем не так, только вот как?
Великий Бор, на которого все едва ли не молились, ловко вышел из положения: “Нечего говорить о квантовом мире, потому что нет никакого квантового мира. Это просто абстрактная модель”. Вкратце это и есть копенгагенская трактовка: заткнись и считай. Считаешь, сходится с результатами экспериментов? Вот и чудненько. Все, кто пытался повыдвигать свои трактовки шредингеровской математики, подводя под них вообразимые человеческим умом варианты устройства мира, объявлялись еретиками и оставались без академической карьеры.
Я не буду пересказывать конкретные опыты, которые на простых конструкциях показывают странности квантового мира, они много где хорошо и тщательно описаны. Важно же другое: относительно простые эксперименты позволяют хотя бы обдумать, “работает” ли классическая квантовая физика или нет, локальны ли законы физики или нет, где пролегает граница между квантовым миром и “настоящим”.
Вот есть квантовая система, которая отлично описывается волновой функцией, согласно которой система находится в суперпозиции состояний. При измерении функция схлопывается, состояние оказывается только одно из всех возможных. Пока не измерили – вроде бы суперпозация. Как это так? Что такое измерение? Дожидалась ли Вселенная, чтобы появился наблюдатель-измеряющий и кто годен на эту почетную должность? Велкий Бор и великий Фон Ньюман так смутно описывали этот момент. что может показаться, будто для коллапса волновой функции – то есть, для обретения определенности события – необходим разумный наблюдатель. Это, конечно же, порождает безумное количество нью-эйджевского булшита. Мысль о том, что мир существует, пока мы на него смотрим, это же вершина солипсизма, и невероятная ловушка для воображения.
Видимо, этой ловушки члены копенгагенского кружка и опасались, поэтому всех, кто готов был пуститься в рассуждения, били по рукам. Но были люди, которым, в общем, нечего было терять. Самый крутой из них – Хью Эверетт III, математик, придумавший свежую трактовку квантовой механики, которая снимает проблему “неопределенности выбора” между двумя вариантами поведения системы: реализуются оба варианта, просто каждый раз Вселенная делится на две новеньких вселенных – в одной все идет по сценарию А, в другой по сценарию Б. И так неописуемое количество раз каждое мгновение. Если бы Эверетт был физиком, об него бы вытерли ноги, но он был математиком, поэтому, после не особенно теплого приема в Копенгагене, он слегка выпил и набросал на салфеточке алгоритм оптимизации расчета размещения военных ресурсов для Пентагона, который сделал его богатым человеком. Теория игр рулит. Потом Эверетт еще успел получить свое признание за эту полубезумную теорию, но, в общем, чисто академическая карьера его не привлекала, поскольку для военных работать было проще и прибыльней. Жил в лучшем из квантовых миров и в лучшее из времен – пятидесятые годы, США, золотой век. Любил красивых женщин, хорошую еду и сигары, короче, жил, как Mad Man, только Math Man.
У Эверетта было еще и чувство юмора своеобразное. Летел он однажды из Вашингтона в Лос Анджелес, как всегда, много пил и увидел в салоне двух агентов ФБР, которых заметил еще в баре аэропорта. Взял и сфотографировал, а когда те: ???!, с покерфейсом сообщил “для моих файлов”, и растворился в толпе. Когда его нашли в отеле, он уже успел протрезветь, ну и его высокий уровень допуска отмазал его от очевидных неприятностей. Умер уже в 1982 году, молодым совсем – ну, образ жизни помог. Согласно заещанию, тело кремировали, прах выбросили с мусором. This is the math man.
Но главный герой, конечно, Джон Белл, который нашел ошибку в доказательстве Фон Ньюмана (правда, за тридцать лет до него женщина-физик Грет Херманн нашла проблемы в статье Фон Ньюмана, но кто ж на нее обратил внимание), но Белл сумел поднять эту проблему, вчитаться в забытые уже статьи еритиков-антикопенгагенцев, вытащить еще раз на разговор Эверетта, и открыть целый новый мир трактовок.
Несколько великих людей пробовали решить парадокс по-своему. А что, если речь идет о единой волновой функции всей Вселенной – колоссальный математический объект, который описывает квантовые состояния всех частиц? А что, если у каждой частицы есть еще такие особые стоячие волны, описывающие ее состояние в прошлое и будущее, которые и дают эффекты мгновенного взаимодействия, нарушающего принципы локальности? А то вот еще вариант с суперструнами и дополнительными измерениями. Правда, он совсем не взлетел, насколько я могу судить. Это настолько увлекательно, насколько только может быть.
И еще прочитанные мною книги о загадках микромира:
- Аудиокурс о бозоне Хиггса. Как искали, что нашли.
- Наша математическая вселенная: Тегмарк бесстыже пересказывает идею множественности вселенных и единой волновой функции, не слишком утруждая себя ссылками на предшественников. Написано увлекательно. Это что, я еще не рассказывала о его Life 3.0, которую приберегаю все для обзора в Горький.
- Выносящая мозг книга о природе восприятия времени. Просто взрыв сознания, очень рекомендую. Спойлер: никакого времени, судя по всему, нет, это все артефакт восприятия.
- Биография Шредингера и его уравнения. Откуда взялась эта вся поразительная дичь.
Выбираю, какую из биографий Фон Ньюмана прочитать. Собиралась еще со времен биографии Тьюринга, невероятный же был человек, марсианин и гений.