Автор: Міріам Френкель, ведущая подкаста, редактор журнала The Conversation.
Интервью с К’ярою Марлето, исследовательницей‑физиком Оксфордского университета, Кристофером Тимпсоном, профессором философии физики Оксфордского университета, Маркусом Губером, профессором физики Віденського технічного університету.
Что такое «объективная реальность» и почему она кажется очевидной
Многим кажется само собой разумеющимся: в мире есть конкретные объекты, которые занимают определённые места и имеют свойства независимо от того, наблюдаем мы их или нет. Если я вижу зонт на полке, я предполагаю, что вы тоже его видите, а если его никто не трогал, он и дальше там стоит. Эта интуиция лежит в основе повседневного мышления и большой части классической физики.
Однако квантовая механика, описывающая поведение атомов и частиц, ставит под сомнение эту уверенность. То, что кажется простым и очевидным на макроуровне, на микроуровне может выглядеть совсем иначе: система может одновременно «находиться» в нескольких взаимоисключающих состояниях, пока кто‑то не посмотрит. Такое положение вещей трудно согласовать с идеей единой, общей для всех, объективной реальности.
Волновая функция, суперпозиция и «коллапс»
Квантовая теория описывает каждую систему волновой функцией, которая меняется со временем. Волновая функция не указывает одну определённую характеристику, а даёт набор возможностей — например, места, где частица может оказаться. Когда система находится в суперпозиции, она формально содержит несколько взаимоисключающих вариантов одновременно.
Такое описание порождает вопрос: когда и как из множества потенциальных вариантов возникает один конкретный результат? В практических расчётах физики говорят о «коллапсе волновой функции»: момент наблюдения словно выбирает один из возможных состояний, делая его реальным. Но эта идея рождает другую загадку: почему именно акт наблюдения меняет эволюцию системы и почему результат выбирается случайно?
Некоторые исследователи считают, что смириться со случайностью проще, чем придумывать другие объяснения. Как говорит Маркус Губер, подход, свободный от случайности, потребует очень странных и сложных решений, например представления, что будущее влияет на прошлое, или что каждое измерение порождает несколько реальных результатов одновременно, или что всё предопределено с самого начала. Для многих такие варианты кажутся менее привлекательными, чем принять случайность как базовую черту квантовой механики.
Когда наблюдатели не соглашаются: пример Лізи и Ніхіла
Одна из самых ярких иллюстративных сложностей — ситуация, где разные наблюдатели имеют разные «факты» о той же системе. В сценарии с учёной Лізою: она в лаборатории измеряет положение частицы и уверена, что знает результат. Тем временем её коллега Ніхіл, не заходя в лабораторию, может описать Лізу и эту систему как находящихся в суперпозиции — то есть с точки зрения Ніхіла Ліза будто одновременно видит разные результаты.
Последствие такого расхождения очевидно: двое людей могут соглашаться относительно того, что произошло, или иметь разные, несовместимые утверждения об одном и том же событии. Это заставляет поставить под сомнение общепринятую идею об единой, объективной истории событий независимо от того, кто её наблюдает.
Запутанность и отсутствие локального посредника
Ещё одно необычное явление квантовой механики — запутанность: две или более частицы могут оказаться в таком состоянии, что свойства одной мгновенно коррелируют со свойствами другой, даже когда они разделены огромными расстояниями. Это подрывает привычное представление о том, что для обмена информацией нужен локальный физический посредник.
Запутанность демонстрирует, что связи между элементами квантовой системы могут не соответствовать нашей интуиции о пространстве и времени. В совокупности с вопросами о суперпозиции и измерении это создаёт набор проблем, которые заставляют физиков и философов искать более глубокие объяснения.
Интерпретации: разные пути понимания квантовой теории
Физики давно спорят, как интерпретировать формализм квантовой механики. Основные подходы различаются тем, рассматривают ли они квантовую теорию как буквальное описание реальности или лишь как инструмент для предсказания результатов измерений.
- Многомировая интерпретация: утверждает, что все потенциальные результаты измерений происходят, но каждый — в своей параллельной вселенной.
- Копенгагенские интерпретации: объединяют подход, согласно которому квантовое состояние служит прежде всего «руководством для пользователя» и не является исчерпывающим описанием реальности, как объясняет Кристофер Тимпсон.
Кристофер Тимпсон подчёркивает, что копенгагенские подходы по крайней мере частично отказываются от цели описать всё, и поэтому рассматривают квантовое состояние как инструмент для предсказания поведения при макроскопических измерениях. Другие интерпретации пытаются сохранить описательность, но платят ценой интуитивной странности — например множественностью миров или ретроспективными влияниями.
Почему некоторые объяснения кажутся неприятными
Парадоксальность и множество вариантов объясняется просто: отказываясь от элемента случайности, мы вынуждены принять какие‑то другие странные характеристики мира. Для некоторых исследователей это меньшая цена, чем признать фундаментальную случайность в поведении природы; для других — наоборот.
Теория конструктора и пути к решению
К’яра Марлето предлагает подход под названием «теория конструктора» (англ. constructor theory). В её формулировке физику следует строить на простых принципах о том, какие преобразования во Вселенной возможны, а какие — нет. Такой подход нацелен дать более широкую основу, чем текущие формулировки, и помочь понять, почему мы не замечаем квантовых эффектов в повседневной жизни.
Марлето подчёркивает: в законе физики нет ничего, что прямо запрещало бы квантовые эффекты для объектов размера человека. Следовательно, возможны два пути: либо найдётся новый принцип, который объяснит невозможность таких эффектов на макроуровне, либо нужно стремиться создать условия в лаборатории, где подобные эффекты появятся. Она также работает над тем, чтобы объединить квантовую механику с общей теорией относительности и предлагает эксперименты, которые могут отвергнуть отдельные интерпретации.
Итак, наука движется двумя параллельными путями: философскими дискуссиями о том, как лучше интерпретировать уже известный формализм, и экспериментальными усилиями, которые стремятся поставить критические проверки для конкретных моделей. Оба подхода важны, и их взаимодействие может привести к более глубокому пониманию природы реальности.
С английского перевели Ірина Бачуріна и Каріна Липка
