Уравнение, которое описывает жизнь частиц, называется волновой функцией. А процесс «материализации» частицы называют редукцией волновой функции. И вот эта проблема редукции, она же проблема измерения, — одна из самых болезненных мозолей современной физики. Сознание, которое раньше только оценивало реальность, от него независимую, теперь вошло в физику на правах непосредственного создателя реальности.
Можно спросить: а при чем тут сознание? Измерение — это же физический процесс, а не умственный! В процессе измерения мы, например, облучаем частицу фотонами или ставим на ее пути экран, в результате чего частица локализуется, «кучкуется», собираясь из «распыленного» в пространстве «облачка» в точку. Ну и где тут сознание? Мы можем провести эксперимент, а результаты его вообще не узнавать, то есть не интересоваться, в какое именно место экрана шлепнулась частица, поскольку и так знаем, что она где-то на черной фотопластинке оставила белую точку. То есть редукция волновой функции произошла все равно. Более того, мириады редукций волновых функций происходят в природе вообще без всякого наблюдателя. Природа сама проводит ежесекундно триллионы «измерений» — летящие кванты шлепаются о разные препятствия в течение миллиардов лет. А как же сознание?
Не спешите. Дело в том, что если мы не знаем, то есть не осознали, в какое именно место экрана шлепнулся фотон, мы обязаны описывать ситуацию всем комплексом состояний. Для нас редукция не произошла. Ибо редукция — появление определенности взамен неопределенности. А определенность — уже прерогатива сознания. Это требует некоторого пояснения…
Дело в том, что формальный аппарат квантовой механики никакой редукции вообще не предполагает! Она случается вне теории, просто по факту. Представьте себе некую квантовую систему, которая может с вероятностью В1 находиться в состоянии С1 и с вероятностью В2 быть в состоянии С2. То есть полное состояние системы (ПСС) описывается суперпозицией (суммой) этих двух состояний:
ПСС = В1С1 + В2С2
Фактически частица находится во всех положениях и состояниях сразу, одновременно, что и отражает формула. Допустим, первый член этой суммы равен четырем условным единицам, а второй трем. В сумме получится: 4 + 3 = 7 условных единиц.
Далее мы провели над системой измерение и увидели, что наша частица попала в ту часть мишени, которая обозначена как Сr. То есть реализовалась вероятность Вr. А вероятность В2 не реализовалась. Бывает. Произошла редукция. Но куда же тогда из нашего уравнения делась тройка? Испарилась, что ли? Квантовая механика математически линейна — то, что написано слева в уравнении, должно быть и справа. А как иначе? Не может четыре быть равно семи. Математически никакой редукции быть не может! Почему же она есть? Или точнее будет задать вопрос так: почему же мы ее видим? И всегда ли мы видим то, что есть?
Вы можете возразить: коли закралось подозрение, что мы видим несуществующее, словно в трансовых глюках, мы всегда можем перепровериться и согласоваться с другими исследователями. И если они увидят то же, что и мы, значит, редукция волновой функции действительно существует, а тройку свою пропавшую ищите сами.
Что ж, поищем. Поскольку в этой самой злосчастной редукции скрываются черти.
— Не надо! — раздражится нетерпеливый читатель. — Не надо ничего искать! Какая к черту разница, куда там девается кусок формулы, если все эти ваши формулы — сплошной формализм, а в реальности формул нет, а редукция есть. Как бы ни был размазан по всей Вселенной электрон, по какой бы траектории он ни летел к экрану, мы знаем, что стукнется он об экран в конкретном месте — как малюсенький шарик. Просто мы точно не можем предсказать, в каком именно месте это случится. Да нам на это и наплевать! Если не попали, куда надо, еще один электрон пульнем, их вон кругом — как грязи!.. Мы живем в классическом мире твердых тел, которые реально стукаются друг о друга, мы это видим каждый день и ощущаем непосредственно, электрон в нашем мире не может целиком накрыть человека, как плевок комара, хоть теоретически он и огромен в полете. Но, попадая в реальное тело, электрончик всегда становится неощутимой точкой. И что нам до ваших квантовых тонкостей, которые касаются ничтожного процента населения — физиков?
Хорошая речь, читатель. Аплодирую! Но если вы всерьез думаете, что квантовую неопределенность нельзя вытащить из микромира в наш макромир, то глубоко заблуждаетесь. Можно! Это в виде мысленного эксперимента проделал физик Эрвин Шредингер. Он придумал ситуацию, в которой квант накрывает человека, как плевок накрывает комара.
Смотрите. Располагаем полупрозрачное зеркало под углом 45 градусов к оси пролета фотона. Полупрозрачность означает, что вероятность для фотона пролететь сквозь зеркало — 50 %. Если зеркало отражает фотон, он улетает к чертовой матери вбок. А если пропускает, фотон попадает на фотоэлемент, тот замыкает электрическую цепь, которая приводит в движение молоточек, разбивающий ампулу с ядовитым газом. Ампула с газом находится в черном ящике, где сидит кот. Знаменитый черный кот Шредингера, о которого физиками сломано столько копий!.. (Правда, насколько мне известно, о цвете кота Шредингер ничего не говорил. Но его всегда почему-то рисуют черным. Уж больно темная история!)
Эксперимент прост. Запускаем один-единственный фотон. Он либо отражается зеркалом с вероятностью одна вторая, либо убивает кота. Поскольку ящик с котом непрозрачный, пока мы его не открыли, мы не можем сказать, подохло животное или надо попытаться еще разок. Ясно только одно — с вероятностью 1/2 кот мертв. И с такой же вероятностью жив. Все уже случилось, но мы находимся в состоянии неопределенности. И потому должны описывать ситуацию квантовой суперпозицией:
ПСС = 0,5(Квант отражен Кот жив) + + 0,5(Квант поглощен Кот мертв)
Формула здесь, конечно, выписана условная, но она имеет вполне корректный аналог в квантовой механике. Это полное описание системы. И пока мы не откроем крышку, получается, что редукция не произошла, ни одна из возможностей не реализовалась.
— Как это не реализовалась? — возмутится читатель.
Реализовалась! Ведь квант мы уже выпустили! Значит, редукция произошла. Мы просто не знаем, что случилось.
— Ну и что случилось? Кот жив? — спрошу я.
— С вероятностью 50 % жив. А с вероятностью 50 % мертв.
— А мы так и записали! Это мы знали и до того…
Понимаете, до тех пор пока нет определенности, мы вынуждены описывать полную квантовую систему как суперпозицию всех ее возможных состояний. А теперь проследим, в какой момент возникает редукция волновой функции.
Когда мы открыли крышку?..
Нет. Мы могли крышку открыть, а в ящик не заглянуть.
Когда мы заглянули в ящик?..
Нет. Мы заглянули и не поняли, мертв кот или спит. Более того, даже если кот зевает и потягивается, все равно: свет, отраженный от него; нервный сигнал, бегущий по зрительному нерву в мозг от сетчатки глаза; каскад электрохимических импульсов, бегущий по нейронам и проскакивающий через щели синапсов в нашем мозгу — все это только лишь взаимодействие неживых молекул, атомов, квантов. В этом смысле человека можно считать продолжением лабораторной установки. Есть в ней датчик, есть коробка с ампулой, есть фотоприемник в виде сетчатки глаза, есть линза хрусталика и провода передачи сигнала в регистрирующему устройству… Все это — всего лишь материя. Эту материю можно включить в схему эксперимента и описать в формулах. Но настоящая редукция неопределенности до состояния определенности наступает только после того, как сработало осознание: ох, а в действительности кот-то мертв! И в то же мгновение волновая функция коллапсирует. То есть из нее произвольно вынимается один член. И куда-то почему-то исчезает.
Куда же девается при этом вторая половинка волновой функции? С точки зрения формальной логики и математики никуда она деться не может. Линейный оператор не предполагает никаких «редукций» и потери членов. Вырвать член уравнения — это вообще не математическая, а какая-то хулиганская категория. Она не вытекает из внутренней логики математики. Состояние квантовой системы описывается всеми ее членами! Потому что в квантовом мире, как мы уже говорили, электрон движется по всем возможным траекториям сразу. Это означает, что одновременно осуществляются все альтернативы и
