Книга На лужайке Эйнштейна. Что такое НИЧТО, и где начинается ВСЕ - Аманда Гефтер

Неважно, как вы проводите эти измерения: они в любом случае взаимно исключающие. Чем точнее вы знаете положение частицы в пространстве, тем менее точно вы знаете ее импульс. И это не просто практический вопрос. Это не просто потому, что вы не можете измерить то и другое сразу. Частица не может иметь их одновременно. Соотношение неопределенности между координатами и импульсом лежит в основе квантовой теории. Волновая функция частицы в координатном представлении и волновая функция той же частицы в импульсном представлении являются Фурье-образами друг друга – это два в равной степени пригодных, но взаимоисключающих представления одного и того же. Выбрав одно из них, надо забыть о другом. Распределение вероятностей, закодированное в волновой функции, отражает факт такого взаимного исключения. Если вы предположите, что частица обладает одновременно определенным импульсом и определенным положением в пространстве, то полученное распределение вероятностей приведет к расхождению с экспериментом. Другими словами, вы можете делать вид, что все это чисто техническая проблема, отражающая наши ограниченные возможности проводить измерения, а вовсе не фундаментальные свойства реальности, но тогда вы будете получать ошибки.

Таково положение вещей. Частица не может одновременно обладать точно определенными положением в пространстве и импульсом, но наблюдатель может измерить одно из них и волен выбрать то свойство частицы, которое необходимо измерить. Мораль: не существует реальности в обыденном смысле, скрывающейся за квантовой сценой, не существует никакого объективного эйнштейновского мира, который не зависит от наблюдателя. Есть просто вещи, которые мы измеряем. Это походит на парадокс, но, как говорил Фейнман: «парадокс» – это только конфликт между реальностью и ощущением того, что, как мы полагаем, «должно реальностью быть».

Мне было ясно, что в нашей охоте за окончательной реальностью нам с отцом надо быть готовыми к тому, что земля вдруг уйдет у нас из-под ног. Реальность, согласно квантовой теории, – это совсем не фунт изюму, это не привычный нам уютно освещаемый луною мир, который мы знали. Но было также ясно, что Бор и его последователи еще не сказали последнего слова в интерпретации теории – поскольку не существует четкого разграничения между наблюдателем и наблюдаемым миром. Если, предположительно, эта мнимая разделительная линия отмечает место рождения реальности, то было бы важно узнать, что происходит с реальностью, когда эта разделительная линия стирается.

Было также понятно, что нам необходимо внимательно рассмотреть значение и роль «наблюдателей» в целом. Как теория относительности, так и квантовая теория изменили роль, которую наблюдатели играют в физике – наблюдатели не в смысле люди или сознательные существа, но наблюдатели в смысле точки зрения. Теория относительности учит нас, что мы не можем говорить о пространстве и времени без указания системы отсчета. Независимо от наблюдателя эти понятия теряют всякий смысл, поскольку время одного наблюдателя может превратиться в пространство другого. Квантовая механика учит нас, что мы не можем говорить о свойствах материи, не определив сначала, что именно мы измеряем – положение в пространстве, например, или импульс. В сердце обеих теорий одно прозрение: важно направление взгляда. По некой, пока еще неизвестной причине, точка зрения определяет не только то, как мы видим мир, но и сам мир.

Во всяком случае, в этом они совпадают. А в чем же корень их несовместимости? Почему же те «сумасшедшие ребята»[11] так и не смогли заставить идею работать?

Лето в Нью-Йорке было в разгаре, когда мне наконец удалось увидеться с Фотини Маркопулу. Мы договорились о встрече в холле отеля Tribeca Grand. По моим представлениям, там у нас были неплохие шансы найти спокойное местечко, хорошо охлаждаемое кондиционером – к тому времени я уже научилась ценить эту роскошь. В моей бруклинской квартире ее не было, и я брала книгу и блокнот с собой в ванну, чтобы не перегреться.

Я приехала на встречу заранее и заняла столик в углу. Было слишком рано для аперитива или ужина, поэтому зал был почти пуст, только несколько человек сидели кто тут, кто там, болтали, читали журналы, потягивая ледяные напитки, прячась от солнца в затемненном зале, чтобы хоть немного отдохнуть от безжалостной жары.

Маркопулу вошла неторопливо, в длинной юбке и сандалиях. Сейчас она показалась мне красивее, чем тогда на конференции, греческие черты ее лица поражали, как и длинные, блестящие черные волосы. Сейчас, мне казалось, она выглядела даже моложе. Она была лет на десять меня старше, но в это было трудно поверить. Для физика на четвертом десятке она казалась практически ребенком – ее внешность никак не выдавала ее профессии. Когда я кому-то рассказываю, что занимаюсь физикой, это всегда вызывает некоторое недоумение, и я подумала, что Маркопулу должно быть хорошо известно, каково это. Я улыбнулась про себя, зная, что любой, кто взглянул бы на нас двоих, легко мог предположить, что мы разговариваем о парнях или о моде, но никак не о микроскопической структуре пространства-времени. Не то чтобы мне не нравилось говорить о парнях и о моде. Но сегодня мы говорили о петлевой квантовой гравитации.

Я встала, чтобы поприветствовать Маркопулу, пожала ей руку и сказала, как это здорово, что нам наконец удалось встретиться лично. Если ее и шокировал мой возраст, она не подала вида. Она расположилась на диване рядом со мной, и мы заказали себе прохладительных напитков. После нескольких дежурных фраз я обрушила на нее шквал вопросов. Я была уверена, что она с легкостью разгадает во мне неофита, но не придавала этому значения. Я была слишком взволнована самой возможностью получения знаний непосредственно из уст физика. Кто знал, представится ли мне когда-нибудь такой шанс снова?

Маркопулу объяснила мне основные трудности на пути объединения общей теории относительности с квантовой механикой. Именно Уилер первым серьезно отнесся к необходимости общей теории и сделал смелую попытку применить квантовую теории ко Вселенной в целом. Может показаться, что не было никакой нужды так изощряться, поскольку квантовая теория имеет дело с микроскопическими объектами, а не со вселенными. Но, как признавал даже сам Бор, нет четкой границы, отделяющей квантовый мир от классического, и нигде вы не встретите билборд с надписью «Добро пожаловать в неквантовый мир!» Да, квантовая механика требует разделения между квантовой системой и прибором, между наблюдаемым и наблюдателем, между тем, что внутри, и тем, что снаружи. Но теория никогда не говорит нам, как провести эту разделительную линию. Эта линия как движущаяся мишень: она может проходить где угодно и перемещаться в область все бо́льших размеров. Если у реальности где-то квантовая природа, то она везде квантовая. И не в некоторой области длин, а всегда, на любых масштабах.

Конечно, в обычной квантовой механике вы можете хотя бы делать вид, что у вас есть граница между наблюдателем и наблюдаемым, произвольно разделив Вселенную на две части и назвав одну часть измерительным прибором, а другую – квантовой системой. Но когда дело касается всей Вселенной в целом, вы даже не можете имитировать такую процедуру. Вселенная по определению включает в себя все пространство-время целиком, полный комплект всего, что существует. Для нее невозможно никакое «снаружи». А нет «снаружи» – нет и наблюдателей.