Нереальная реальность-2

Вариант №4 – вы победите, если случайно достанут чёрный или жёлтый шар.

Признаюсь, когда я впервые познакомился с парадоксом Эллсберга, то практически сразу, можно сказать, интуитивно, выбрал вариант №1 в первом споре и вариант №4 во втором. Не удивлюсь, если такой же выбор сделали вы. Во всяком случае, подавляющее большинство людей предпочитают именно эти варианты пари, другие альтернативы выбирают очень редко.

Подобные результаты теста труднообъяснимы. Даже поверхностный математический расчёт показывает, что нет никаких объективных оснований предпочесть один вариант другому. Во всех случаях шансы выиграть спор примерно равны. Следовательно, все четыре возможных альтернативы должны получать примерно по 25% голосов тестируемых. Тем не менее, большинство людей выбирает вполне определённую комбинацию №1 и №4. Но почему?

Видимо, дело в том, что в этом тесте человеческое сознание сталкивается с логикой квантового мира и в этот момент происходит нечто необычное.

Вначале испытуемый имеет дело с вероятностью. Он быстро просчитывает, что шанс случайно вытащить красный шар составляет 33,3%.

Но на следующем этапе теста испытуемый сталкивается с неопределённостью. Он не может рассчитать вероятность получения нужного шара. Соотношение чёрных и жёлтых шаров может быть и 30 к 30, и 59 к 1. Следовательно, совершая выбор, надо объединить известную вероятность с неизвестной. Классическая логика принятия решения перестаёт работать.

Но на основании чего делается выбор, как правило, совершенно математически некорректный? Напрашивается почти фантастическое объяснение. Неужели большинство людей строит свой выбор на логике квантового мира, как раз известного своей парадоксальностью?

Когда учёные просчитали на компьютере, какие из вариантов спора предпочтительны с точки зрения теории квантовой вероятности, то получили ожидаемый, но от этого не менее удивительный ответ – первый и четвёртый. Чем это объяснить? Пока что совершенно непонятно.

Зато, некоторые квантовые загадки физикам, возможно, удалось решить. Так, в частности, сегодня сформулировано достаточно правдоподобное объяснение неопределённого состояния нашего кота в коробке.

Решение связано с хорошо известным явлением декогеренции, при котором любая система неизбежно смешивается с внешней средой.

Смысл в том, что при проведении эксперимента невозможно абсолютно изолировать кота от внешнего мира. Он все равно контактирует с коробкой, воздухом, элементарными частицами, космическим излучением. И все эти взаимодействия неизбежно искажают волновую функцию.

Любой внешний контакт может вызвать её коллапс. И тогда она естественным образом распадается на две не взаимодействующие волновые функции мёртвого и живого кота. А это значит, что кот уже жив или мёртв до самого акта наблюдения – открытия коробки.

Чтобы кот находился в Суперпозиции, его волновая функция должна быть строго синхронизирована. Это состояние называется когеренцией. Его можно создать в очень сложной лаборатории, но в реальном мире полностью изолировать объект от окружающей среды вряд ли возможно.

Это достаточно убедительное объяснение, однако, оно по-прежнему не даёт ответа на главные вопросы.

Как Природа «выбирает» в какое состояние должна коллапсировать волновая функция?

Кто или что определяет итоговое состояние кота?

Декогеренция показывает разделение двух волновых функций, но ответа на главный вопрос – жив кот или мёртв – по-прежнему нет.

Более того, «злоключения» кота Шрёдингера на этом не закончились. Таинственный квантовый мир припас ещё одну, связанную с ним, загадку, известную как парадокс друга Вигнера[11 - Вигнер Юджин – американский физик и математик венгерского происхождения.].

Юджин Вигнер усложнил мысленный эксперимент с котом и на выходе получил результат, ещё более шокирующий, чем изначальный. Суть модернизированного опыта в следующем.

Допустим, когда экспериментатор открывает ящик, он обнаруживает состояние «атом не распался, кот жив». Учёный абсолютно убеждён в этом, для него это неоспоримый факт, он лично видит довольного мурлыкающего кота.

В то же время вне лаборатории находится друг Вигнера, который пока что не знает, жив кот, или мёртв. Для него по-прежнему система находится в состоянии Суперпозиции. Но как только Вигнер сообщит ему результат эксперимента, друг также признает кота живым.

Теперь предположим, что друзей у учёного несколько. Разумеется, каждый из них признает кота живым лишь тогда, когда получит абсолютно достоверную информацию о реальном состоянии животного от своего друга-экспериментатора.

А что если друзей очень-очень много, что если с Вигнером дружит всё человечество или, того хуже, многочисленные инопланетные учёные?

И здесь возникает парадоксальный нюанс.

Получается, что сколь долго не делись информацией с друзьями, в бескрайнем космосе всегда найдётся хоть кто-то, кто не знает истинное состояние кота и уверен, что система всё ещё находится в состоянии Суперпозиции.

То есть, объективно, кота можно будет признать достоверно живым лишь тогда, когда о результате эксперимента будет сообщено всем без исключения наблюдателям во Вселенной, что трудно реализуемо, если вообще возможно в принципе.

Но до тех пор в масштабе Космоса кот Шрёдингера всегда остаётся одновременно полуживым и полумёртвым.

Глава 8. Принцип неопределённости Гейзенберга[12 - Гейзенберг Вернер Карл – немецкий физик-теоретик, автор многих фундаментальных работ по квантовой теории.]

В квантовой механике частицы не движутся по заданным траекториям, как в классической физике Ньютона. Движение элементарной частицы определяется её волновой функцией, развёрнутой в пространстве.

Мы никогда не можем быть уверены в исходном состоянии квантовой частицы, и не способны установить её точного местоположения и параметров движения. Более того, чем лучше мы знаем одну из характеристик частицы, тем меньше нам известно о другой. Грубо говоря, если мы знаем точное местоположение элементарной частицы, мы не имеем ни малейшего представления об её скорости. Если же мы вычислим её скорость, мы не способны сказать, где она находится.

Всё вышесказанное вытекает из принципа неопределённости, который был сформулирован Вернером Гейзенбергом в 1927 году.

Неопределённость состоит в том, что мы можем знать, где находится квантовая частица в пространстве, или как она движется, но мы не можем знать то и другое одновременно. Какую бы точную аппаратуру для вычисления мы не использовали, результата не будет. Дело ни в погрешности измерения, ни в технологической примитивности приборов, это фундаментальное свойство Вселенной, вплетённое в саму ткань физических законов. Мы не способны предсказать, где будет находиться квантовая частица в каждый конкретный момент времени.

Что мы можем определить точно, так это вероятность того, где она будет находиться. Иногда вероятность равна 1, то есть становится определённостью. Тогда прогнозируемый результат будет на 100% получен, что можно использовать на практике при создании квантовых приборов.

Согласно принципу неопределённости, частица не существует, пока её положение не измерит наблюдатель. То есть, пока этого не произошло, частица одновременно находится везде и нигде. Это потрясающее свойство квантового мира в корне противоречит нашему представлению о наблюдаемой реальности.

Вокруг вас множество хорошо знакомых материальных объектов и все они ведут себя вполне определённым образом. Стол не превращается в стул, а затем в шкаф. Вы точно можете предсказать, что Солнце не «зависнет» в одной точке неба на два дня. Потому что есть фундаментальные физические законы классического мира. Исходя из этого, вы уверенно знаете, как могут и как не могут «вести себя» окружающие вас материальные объекты. На основании такого, вполне справедливого заключения, вам кажется, что и всё остальное во Вселенной должно подчиняться, пускай необычным и сложным, но все-таки достаточно определённым правилам.

Когда выясняется, что на самом фундаментальном уровне реальности царит полная неразбериха, это шокирует неподготовленного читателя. Квантовый мир кажется не просто загадочным, а пугающим, противоречащим самому фундаменту Природы.

Тем не менее, факты игнорировать невозможно. Нашим миром правит принцип неопределённости. Природа по какой-то причине ограничила нашу способность предсказывать будущее. Мы не способны адекватно оценить не то что дальнейшее, но даже текущее состояние Вселенной.

Сейчас, когда вы читаете эти строки, вокруг вас в буквальном смысле этого слова бурлит невообразимо запутанная, необычайно сложная и недоступная интуитивному пониманию квантовая жизнь, где абсолютно ничто не определено. Но именно на том, недоступном вашему восприятию уровне, располагаются истинные кирпичики Мироздания.

Все, окружающие вас большие и привычные материальные объекты, не более, чем проекции истинной реальности. И эта настоящая реальность – неопределённая. Определённой, фиксированной, она становится лишь в момент измерения внешним наблюдателем, в том числе, вами лично.

Поняв суть принципа неопределённости Гейзенберга, создаётся впечатление, что наш мир специально устроен так, что в нём никто и никогда не способен предсказать будущее.

Глава 9. Квантовые «чудеса»

Физика разрешает «чудеса».

Согласно квантовой теории, существует минимальная вероятность того, что может случиться всё, что угодно.

Можно даже просчитать, например, вероятность того, что вы пройдёте сквозь стену, нарушив при этом принцип запрета Паули. Шансов у вас микроскопически мало, но они объективно есть.

Пробуйте. Один раз в триллион лет у вас наверняка получится.

Объясняемые физикой чудеса возможны.

Более того, само зарождение нашей Вселенной следует признать уникально необычным событием.

Возможно, момент Большого Взрыва был «чудесным» квантовым переходом вещества в новое состояние.

В любом случае, наш мир появился в результате очень маловероятного стечения обстоятельств.

Глобальная мечта разумного создания в нашей Вселенной – способность овладеть квантовыми вероятностями.