Физики наконец разобрались с судьбой кота Шредингера: он жив или нет? На это потребовалось почти сто лет, с момента, как Эрвин Шредингер сформулировал задачу. Это чрезвычайно важное дело для всей мировой физики, и дело даже не в коте. Парадокс Шредингера торчал занозой в квантовой механике, и мешал развивать теорию и изобретать новые прикольные гаджеты. Но теперь мы знаем все.
ОТ НЕЕ ВСЕ ОТВЕРНУЛИСЬ
Квантовая механика появилась в самом начале ХХ века, и поначалу ее явление встретили овациями. Она позволила избавиться от «ультрафиолетовой катастрофы», проклятия тогдашней физики. Согласно прежним теориям, атомы не могли существовать вообще. Электроны обязаны были попадать на ядра, попутно излучая мощный ультрафиолет. Никто не понимал, как мы вообще существуем.
Макс Планк догадался: Природа работает только порциями. Один этот факт «спасал» атомные ядра, да что там, спасал мир. Но по мере того, как квантовая механика развивалась, она становилась все более странной, и народ принялся крутить пальцем у виска. От квантовой механики стали отходить, например, тот же Эйнштейн, который начинал эту науку вместе с Планком (да и сам Планк ошалело смотрел на то, что творит молодежь).
И в 1935 году солдат старой гвардии физиков, Эрвин Шредингер, решил подколоть дерзких зумеров вроде Нильса Бора и Вернера Гейзенберга, и сформулировал мысленный эксперимент, который доказывал бы абсурдность их теорий.
КОТ В ДЕЛЕ
Главный аргумент молодежи был вот в чем: да, мы говорим, что можно проходить сквозь стены, путешествовать во времени и творить прочую дичь. Но только на уровне мельче атома! В «большом мире» - нет.
Гений Шредингера заключался в том, что он понял: между микромиром и миром нашим нет непроницаемой стены. Именно об этом мысленный эксперимент с котом (в оригинале – с кошкой).
В закрытой коробке – некое радиоактивное вещество, и кошка. Когда в веществе происходит ядерный распад, срабатывает молоточек, он бьет по колбе с ядом, и кошка – увы. Квантовая физика говорила: ядерный распад – это стихия полной неопределенности. Пока мы не сунем туда дозиметр, ядро будет и в распавшемся, и, одновременно, в собранном состоянии. Шредингер им: а кошка? Она что, будет одновременно живой и мертвой?
И мы можете прочитать кучу мыслей и домыслов на этот счет, а ответа-то не было. Конечно, никто никогда не помещал реального кота в столь неприятные условия (почему – в следующей главке расскажем). Но это была проблема, ведь непонятно: если электроны проходят сквозь стены, мы-то что не проходим, нам что мешает?
ВЕРНИТЕ ЛУНУ НА НЕБО
Согласно квантовой механике, состояние частицы описывается не фактом (координаты, масса, импульс, энергия), а некой волновой функцией. В этой функции – набор всего возможного. То есть частица одновременно легкая и тяжелая, энергичная и сдувшаяся, мы вообще не можем ничего о ней сказать.
В момент, когда состояние измеряется прибором, функция коллапсирует, то есть рывком сводится к каким-то конкретным цифрам. И мы говорим, ага, энергия фотона такая-то. Но ДО измерения ничего этого не было. Именно поэтому шутят, что Луна не существует, пока на нее не смотрят.
Почему «шутят», и почему Луна все-таки есть? Дело в том, что в реальном мире любое внешнее воздействие приводит к коллапсу волновой функции безо всякого ученого с его дозиметрами. Это называется «декогеренция». Упадет на Луну солнечный свет – все, Луна состоялась как небесное тело, а не как набор вечных неопределенностей.
Именно поэтому в реальном мире провести эксперимент с котом (к счастью) нельзя. Коту надо как минимум дышать, а атомы воздуха вызовут декогеренцию, и квантовая иллюзия рассыплется.
Тогда почему мы в начале написали, что кот Шредингера «торчал занозой» в теле физики? Все же объяснили вроде?
ТЯНЕТ НА НОБЕЛЕВКУ
Потому, что в принципе такой опыт провести можно. Взять вместо кота – робота. Вообще от всего изолировать. И да, опыты делали, правда, не с котами-роботами, а с менее смешными штуками, и результат всегда однозначный. Устройство либо «мертво», либо «живо», без среднего состояния. А оно должно быть. Куда же девается квантовая неопределенность? Может, квантовая механика нам лжет? Чувствуете, на что тут замахнулись, на шатание основ.
И вот коллектив западных ученых (главный у них – знаменитый теоретик Филипп Страсберг) выпускают статью, которая года два лежала на рецензировании, и наконец предстала пред нами.
И там все так мощно изложено, что коллеги-физики согласились: да, так и есть. Наконец-то! Знаем мы, что с котом. Так что в итоге с ним?
Первое. Он жив в одной Вселенной, и не жив во второй. А, то есть много вселенных – это не придумка? Ну да. Выходит, так (сам удивляюсь).
Второе. Состояние, в котором он ни то, ни се, не существует, хотя оно математически возможно. Венцом работы является график, на котором красная линия – это здравствующий кот, бледно-синяя – кот, хлебнувший яда, и по линиям понятно, что кота выбрасывает сразу или туда, или сюда, и оба эти состояния стабильны.
За этим графиком стоит потрясающая математическая работа: ученые столкнули две матрицы, живого и не живого кота, и наблюдали, как между ними искрит. Тянет на Нобелевку – да и получат лет через 90, когда будут едва ногами по ковру шаркать. Сейчас еще молодые, зачем им деньги.
НЕТ ЛИ ТУТ ЖУЛЬНИЧЕСТВА
Итак, короткий ответ на вопрос, а что с котом: смотря в какой вы Вселенной. Если вам не нравится судьба кота в нашем мире, у вас всегда есть другой мир, там все иначе.
И, хотя не все физики согласны с самим фактом существования многих миров, народ прямо-таки выдохнул. Квантовая механика спасена. Почти через сто лет мы понимаем, почему мир вокруг нас выглядит заурядным, хотя квантовая механика рисует картины как у Сальвадора Дали. Все странное улетает в другую Вселенную. Проблема финита. Наука может развиваться дальше.
Что же касается многих миров, то с ними так. Растет поколение физиков, которые прочитали о «многих мирах» в детстве. Усвоенное в детстве кажется обычным. Они спокойно оперируют мультиверсом (многомировой интерпретацией), тогда как старое поколение физиков, со всем этим безобразием не согласное, понемногу сходит со сцены.
Трюк с раздвоением Вселенных стал банальным – но, конечно, не значит, что правильным. Поэтому мы не знаем на самом-то деле, правы физики или нет, есть другие миры или нет, и что, в конце концов, с котом. Но мы вроде как обязаны верить в науку, в ее последние достижения, а они вот такие.
А там поглядим.
Автор: Евгений АРСЮХИН