Карантин
Шрифт:
Например, представьте себе приготовленный особым образом ион серебра, проходящий через магнитное поле и после этого налетающий на флуоресцентный экран. Квантовая механика предсказывает, что в половине случаев вы будете видеть на экране вспышку, указывающую, что ион отклонился вверх в магнитном поле, а в половине случаев – такую вспышку, как будто он отклонился вниз. Это можно объяснить тем, что у иона есть спин, из-за которого он и взаимодействует с полем.
Ион получает толчок вверх или вниз в зависимости от того, как направлен спин относительно поля. Значит, наблюдая вспышки
Теперь допустим, что у вас есть радиоактивный атом с периодом полураспада в один час. Наведите на него детектор частиц, который соединен с механизмом, разбивающим бутылку с ядовитым газом. Если атом распадается, детектор это фиксирует, бутылка разбивается, и кошка умирает. Заключите все это хозяйство в черный ящик, а через час загляните туда. Если вы будете повторять эксперимент снова и снова, каждый раз с новым атомом и новой кошкой, квантовая механика предсказывает, что в половине случаев вы найдете кошку живой, а в половине случаев – мертвой. Увидев, жива ли кошка, вы произвели измерение того, распался ли атом.
– Ну и в чем проблема?
– Проблема вот в чем. До того, как вы произвели измерение, волновая функция не говорит вам, каким будет его исход. Она говорит только, что один из двух исходов реализуется с вероятностью пятьдесят на пятьдесят. Но после того, как вы произвели измерение, любое последующее измерение над этой системой даст тот же результат. Если кошка была мертва, когда вы ее увидели, она так и останется мертвой. С точки зрения волновых функций акт измерения каким-то образом превращает исходную смесь двух волн, представлявших смесь двух возможностей, в чистую волну – так называемое чистое состояние, – которая уже представляет только одну возможность. Это и называется «стягиванием» волновой функции – или «схлопыванием» системы.
Но почему процесс измерения должен отличаться от других процессов? Почему он обязан стягивать волновую функцию? Почему измерительное устройство, состоящее из отдельных атомов, каждый из которых сам подчиняется тем же законам квантовой механики, заставляет смесь возможностей свестись к одной из них? Если считать измерительное устройство еще одной частью системы, уравнение Шредингера утверждает, что после акта измерения это устройство тоже будет находиться в смешанном состоянии – так же как и любой объект, с которым оно взаимодействует. Волновая функция бутылки с газом будет смесью «разбитого» и «целого» состояний. Волновая функция кошки будет смесью «живого» и «мертвого» состояний. Но почему же мы всегда видим кошку в одном из двух чистых состояний – живой или мертвой?
– Может быть, вся теория неверна?
– Не так все просто. Квантовая механика – самая продуктивная научная теория из когда-либо созданных, но она невозможна без постулата о стягивании волновой функции. Если бы теория была ошибочна, не было бы микроэлектроники, лазеров, оптроники, наномашин, девяноста процентов химической и фармацевтической промышленности. Квантовая механика подтверждается всеми экспериментами, которые когда-либо проводились, но только если принять допущение, что существует вот такой особый процесс под названием «измерение» и он подчиняется не тем законам, что другие процессы.
Цель исследований проблемы измерения в квантовой механике и состоит в том, чтобы точно установить, что же такое измерение и почему оно так отличается от других явлений. Когда именно стягивается волновая функция – когда срабатывает детектор частиц, или когда разбивается бутылка, или когда умирает кошка? Или в тот момент, когда кто-то заглядывает в ящик?
Можно махнуть на все это рукой и сказать – квантовая механика правильно предсказывает вероятности конечных, видимых результатов, так чего же еще можно требовать? Атомы обнаруживают себя только при взаимодействии с научными приборами, так что если квантовая механика дает возможность правильно подсчитать, каков будет процент вспышек в определенном месте экрана или процент смертности кошек в ящике, то ничего большего ожидать нельзя.
Некоторые люди пытались доказать, что волновая функция обязана стягиваться, если система достигает определенных – критических – размеров, или критической энергии, или критической степени сложности, а все мыслимые измерительные устройства должны далеко превосходить эти критические пределы. Пытались учитывать термодинамические эффекты, квантовую гравитацию, гипотетические нелинейности в уравнениях... все что угодно. Но исчерпывающего объяснения фактов так и не получилось. И есть еще теория множественных миров...
– А, альтернативные истории, параллельные вселенные...
– Именно. В теории множественных миров волновая функция не стягивается. Вся вселенная расщепляется на отдельные версии, по одной на каждое возможное измерение. В одной вселенной кошка жива, и экспериментатор видит живую кошку. В другой вселенной кошка мертва, и экспериментатор видит мертвую кошку. Беда в том, что теория умалчивает о том, почему все это произошло именно так, и даже о том, в какой именно момент расщепляется вселенная. Что к этому приводит – детектор, бутылка, кошка, человек? Ответа нет.
– А если ответа вообще не может быть? Что, если все это метафизические софизмы?
– Эта метафизика стала экспериментальной наукой еще в восьмидесятых годах двадцатого века. Хотя лично я считаю, что всерьез о ней можно говорить только с сегодняшнего дня, – глянув на часы, она поправляется. – То есть со вчерашнего. Со вторника, двадцать четвертого июля две тысячи шестьдесят восьмого года.
Она терпеливо ждет, улыбаясь с легким оттенком самодовольства, и тут до меня вдруг доходит:
– Мозг? Вам что, удалось установить, что стягивание волновой функции происходит в мозгу?
– Да.
– Но... как? И какое отношение это имеет к воздействию на ионы, чтобы заставить их все поворачивать в одну сторону? Вы что, используете какой-то электромагнитный эффект...
– О нет! Биологические поля безнадежно слабы для этого...
– Я так и думал. Но тогда – что?
– Мод делает две вещи. Во-первых, он не дает мне стягивать волновую функцию – он отключает ту часть мозга, которая этим занимается. Но этого мало, иначе ионы так и летели бы с равной вероятностью то вверх, то вниз – просто вы, Люнь, Лу, Цзе, кто угодно схлопывал бы систему вместо меня.