Текст книги "Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир"

Автор книги: Амит Госвами

ГЛАВА 6. ДЕВЯТЬ ЖИЗНЕЙ КОШКИ ШРЁДИНГЕРА

Многим основателям квантовой физики было тяжело принимать ее странные следствия. Сам Шрёдингер выразил свои сомнения по поводу интерпретации квантовой механики в терминах волн вероятности в парадоксе, который в настоящее время известен под названием «Кошка Шрёдингера».

Предположим, что мы помещаем кошку в клетку с радиоактивным атомом и счетчиком Гейгера. Радиоактивный атом будет распадаться в соответствии с законами вероятности. Если атом распадается, то счетчик Гейгера сработает и включит молоток, молоток разобьет бутылку с ядом, и яд убьет кошку. Допустим, что вероятность того, что это случится в течение часа, составляет 50% (рис. 21).

Рис. 21. Парадокс кошки Шрёдингера

Тогда каким образом квантовая механика описывает состояние кошки по прошествии часа? Разумеется, если мы посмотрим, то обнаружим, что кошка либо жива, либо мертва. А что, если мы не посмотрим? Вероятность того, что кошка мертва, составляет 50%. Вероятность того, что кошка жива, тоже равна 50%.

Если мыслить классически, как требует материальный реализм, и руководствоваться принципами детерминизма и причинной непрерывности, то можно было бы провести мысленную аналогию с ситуацией, в которой некто подбросил монету, а потом накрыл ее ладонью. Мы не знаем, что выпало – орел или решка, но, разумеется, выпало либо то, либо другое. Кошка либо жива, либо мертва, с вероятностью каждого исхода, равной 50%. Мы просто не знаем, какой исход реализовался на самом деле. Отнюдь не такой сценарий предполагает математика квантовой механики. Квантовая механика подходит к вероятностям совсем иначе. Она описывает состояние кошки в конце часа как наполовину мертвое, наполовину живое. Внутри ящика имеется вполне буквально «когерентная суперпозиция наполовину живой и наполовину мертвой кошки» – как это звучит на техническом жаргоне квантовой физики. Парадокс кошки, которая жива и мертва одновременно – это следствие того, как в квантовой механике делаются вычисления. Сколь бы странными ни были следствия этой математики, мы должны относиться к ней серьезно, поскольку та же математика дарит нам чудеса транзисторов и лазеров.

Эту абсурдную ситуацию резюмирует следующая пародия из «Книги старого опоссума о практичных кошках» Т. С. Элиота:

 
Кошка Шрёдингера – загадочная кошка,
она иллюстрирует законы;
сложные вещи, которые она делает, не имеют
никакой видимой причины;
она сбивает с толку детерминистов
и доводит их до отчаяния,
Ведь когда они пытаются ее поймать,
квантовой кошки и след простыл!
 

Пародия, разумеется, верна – никто не видел квантовую кошку, или когерентную суперпозицию, в действительности – даже квантовые физики. В самом деле, если мы заглядываем в ящик, то видим либо живую, либо мертвую кошку. Возникает неизбежный вопрос: что же такого особого в нашем акте наблюдения, что он способен разрешить дьявольскую дилемму кошки?

Одно дело – правдоподобно говорить об электроне, одновременно проходящем через две щели, но когда мы говорим о том, что кошка наполовину жива и наполовину мертва, абсурдность квантовой когерентной суперпозиции становится самоочевидной.

Один выход из положения состоит в том, чтобы настаивать, что математическое предсказание когерентной суперпозиции не следует принимать буквально. Вместо этого можно, следуя интерпретации в терминах статистики ансамблей, которой отдают предпочтение некоторые материалисты, убеждать себя, что квантовая механика делает предсказания только относительно экспериментов с очень большим числом объектов. Если бы имелось десять миллиардов кошек в абсолютно одинаково устроенных ящиках, то квантовая механика говорила бы нам, что по истечении часа половина из них будет мертва – и, несомненно, наблюдение подтвердило бы истинность этого утверждения. Быть может, для одной кошки теория просто не применима. В предыдущей главе приводился сходный довод для электронов. Однако фактически интерпретация в терминах ансамблей сталкивается с затруднением даже при объяснении интерференционной картины в простом двухщелевом эксперименте.

Кроме того, интерпретация в терминах ансамблей равносильна отказу от квантовой механики как физической теории для описания единичного объекта или единичного события. Поскольку единичные события все же происходят (и даже были выделены единичные электроны), мы должны быть способны говорить о единичных квантовых объектах. В действительности, квантовая механика формулировалась применительно к единичным объектам, несмотря на парадоксы, которые при этом возникают. Мы должны быть готовы к парадоксу Шрёдингера и искать способ его разрешения. Альтернатива в том, чтобы не иметь вообще никакой физики для единичных объектов – а это совершенно неприемлемо.

Сегодня многие физики, имея дело с парадоксом кошки Шрёдингера, предпочитают прятаться за антиметафизическую философию логического позитивизма. Эта философия выросла из работы венского философа Людвига Виттгенштейна «Логико-философский трактат», где он высказывает свое знаменитое суждение: «О чем невозможно говорить, о том следует молчать». Следуя этому правилу, такие физики – мы можем называть их представителями нео-Копенгагенской школы – заявляют, что нам следует ограничивать обсуждение реальности тем, что видимо, вместо того чтобы пытаться утверждать реальность чего-то, что невозможно наблюдать. Для них главный довод состоит в том, что мы никогда не видим когерентную суперпозицию. Наполовину жива или наполовину мертва ненаблюдаемая кошка? Они бы сказали, что такой вопрос нельзя задавать, поскольку на него невозможно ответить. Конечно, это софистика. К вопросу, на который невозможно ответить прямо, тем не менее, можно подходить косвенно и ответ на него можно вычислять на основании согласованности с тем, что мы можем знать прямо. Более того, полное уклонение от метафизических вопросов не совместимо с духом первоначальной Копенгагенской интерпретации и с представлениями, которых придерживались Бор и Гейзенберг.

По мнению Бора, Копенгагенская интерпретация ослабляет абсурдность наполовину мертвой, наполовину живой кошки с помощью принципа дополнительности: когерентная суперпозиция представляет собой абстракцию; в абстракции кошка может существовать как и живая, и мертвая. Это описание является дополнительным по отношению к описанию мертвой или живой кошки, которое мы даем, когда ее видим. Согласно Гейзенбергу, когерентная суперпозиция ~ наполовину живая, наполовину мертвая кошка – существует в трансцендентной потенции. Именно наше наблюдение «схлопывает» двойственное состояние кошки в единственное.

Как следует понимать это понятие наполовину живой, наполовину мертвой кошки, существующей в потенции? Ответ, который звучит как научная фантастика, предложили физики Хью Эверетт и Джон Уиллер. Согласно Эверетту и Уиллеру, реализуются обе возможности – живая и мертвая кошка, – однако это происходит в разных реальностях, или параллельных вселенных. Для каждой живой кошки, которую мы находим в ящике, наш двойник в параллельной вселенной, открывая двойник нашего ящика, обнаруживает мертвого двойника нашей кошки. Наблюдение двойственного состояния кошки заставляет саму вселенную расщепляться на параллельные ветви. Это интригующая идея, и некоторые писатели-фантасты (особенно Филип К. Дик) ей умело воспользовались. К сожалению, это также дорогостоящая идея. В соответствии с ней, количество материи и энергии должно было бы удваиваться всякий раз, когда наблюдение заставляет вселенную расщепляться. Это оскорбляет нашу склонность к экономии, которая может быть предрассудком, но, тем не менее, служит краеугольным камнем научного рассуждения. Кроме того, поскольку параллельные вселенные не взаимодействуют, эту интерпретацию трудно подвергнуть экспериментальной проверке, а потому, с научной точки зрения, она бесполезна. (В художественной литературе дела обстоят проще. В романе Филипа Дика «Человек в высоком замке» параллельные вселенные взаимодействуют. А иначе как бы мог быть сюжет?)

К счастью, есть возможное идеалистическое решение. Поскольку наше наблюдение магически разрешает дихотомию кошки, должно быть, именно мы – наше сознание – вызываем коллапс волновой функции кошки. Материальным реалистам эта идея не нравится, поскольку она делает сознание независимой причинной сущностью; признавать это означало бы забивать гвозди в гроб материального реализма. Вопреки материализму, с этим решением парадокса согласились такие знаменитые ученые, как Джон фон Нойманн, Фриц Лондон, Эдмонд Бауэр и Юджин Вигнер.

Идеалистическое решение

Согласно идеалистическому решению, именно наблюдение сознательного ума кладет конец дихотомии живой-или-мертвой кошки. Подобно архетипам Платона, когерентные суперпозиции существуют в волшебной стране трансцендентного порядка, пока мы их не коллапсируем и не вводим в мир проявления своим актом наблюдения. При этом мы выбираем один аспект из двух, или многих, разрешаемых уравнением Шредингера; конечно, это ограниченный выбор, подчиняющийся ограничению общей вероятности в квантовой математике, но, тем не менее, это – выбор.

Даже если материальный реализм ошибочен, следует ли нам поспешно отказываться от научной объективности и приглашать сознание в нашу науку? Один из пионеров квантовой физики, Поль Дирак, как-то сказал, что великие прорывы в физике всегда связаны с отказом от какого-нибудь великого предубеждения. Быть может, пришло время отказываться от предубеждения строгой объективности. Бернар Д'Эспанья считает объективность, допускаемую квантовой механикой, слабой объективностью. Вместо независимости событий от наблюдателя, которой требует строгая объективность, квантовая механика допускает определенное вмешательство наблюдателя – но так, что интерпретация событий не зависит ни от какого отдельного наблюдателя. Эта слабая объективность представляет собой инвариантность событий по отношению к наблюдателю: кем бы ни был наблюдатель, событие остается одним и тем же. Ввиду того что индивидуальные измерения связаны с субъективным выбором, этот принцип, безусловно, является статистическим, и инвариантность по отношению к наблюдателю справедлива только для большого числа наблюдений – в чем нет ничего нового. Давно признав вероятностную интерпретацию квантовой механики, мы уже обязаны принимать статистическую природу некоторых из наших научных принципов – например, принципа причинности. Как регулярно демонстрирует когнитивная психология, мы, безусловно, можем заниматься наукой, исходя из слабой объективности, определяемой таким образом. В действительности мы не нуждаемся в строгой объективности.

Решение парадокса Шредингера вмешательством сознания является самым простым – настолько простым, что его порой называют наивным решением. Однако по поводу этого решения было задано много вопросов, и только отвечая на эти вопросы, мы можем преодолеть обвинение в наивности.

Вопросы в адрес идеалистического решения

Один вопрос, который вы, возможно, все еще задаете, – это как кошка может быть наполовину живой и наполовину мертвой? Не может – если вы думаете с позиции материального реализма. Материальный реализм предполагает, что состояние кошки в любой момент времени должно причинно непрерывным образом быть либо одним, либо другим, или живым, или мертвым. Однако материалистическое мышление – это следствие допущений причинной непрерывности и описания событий по принципу или-или. Эти допущения необязательно верны, особенно когда они проверяются экспериментами квантовой механики.

Идеалистического философа не особенно волнует парадокс одновременно живой и мертвой кошки. В одной истории мастеру дзэн показали так называемого мертвеца, которого готовились хоронить. Когда его спросили, жив человек или мертв, мастер дзэн ответил: «Не могу сказать». Как он мог? Согласно идеализму, сущность человека – сознание – никогда не умирает. Поэтому было бы неверно прямо говорить, что человек мертв. Однако когда тело человека готовят к погребению, было бы нелепо говорить, что он жив.

Жива кошка или мертва? Когда мастера дзэн Дзесю спросили: «Обладает ли пес природой Будды?», он ответил «му». Здесь опять ответить «нет» было бы неправильно, поскольку, согласно учению Будды, все существа обладают природой Будды. Ответ «да» тоже был бы рискованным, поскольку природу Будды следует осознать и прожить, а не понять интеллектуально. Поэтому мастер ответил «му» – ни да, ни нет.

По-видимому, когда квантовая механика утверждает, что по истечении часа кошка Шредингера наполовину жива и наполовину мертва, она предполагает идеалистическую философию, подобную философии мастеров дзэн. Как это может быть? Каким образом сознание может играть решающую роль в формировании реальности физического мира? Разве это не предполагает верховенства сознания над материей?

Если до того, как мы заглянем внутрь ящика, кошка Шрёдингера и жива, и мертва, но после того, как мы туда заглянем, находится в единственном состоянии (жива или мертва), то, значит, просто смотря, мы должны что-то делать. Как может мимолетный взгляд оказывать воздействие на физическое состояние кошки? Такие вопросы задают реалисты, пытаясь опровергнуть идею, что сознание вызывает коллапс когерентной суперпозиции.

Да, идеалистическое решение действительно подразумевает действие сознания на материю. Однако это воздействие создает проблему только для материального реализма. В этой философии сознание считается эпифеноменом материи, и кажется невозможным, чтобы эпифеномен материи мог воздействовать на саму ткань, из которой он образован – по существу, вызывая сам себя. Этого причинного парадокса избегает монистический идеализм, в котором сознание первично. В сознании когерентные суперпозиции представляют собой трансцендентные объекты. Они становятся имманентными только когда сознание посредством процесса наблюдения выбирает один из многих аспектов когерентной суперпозиции, хотя его выбор ограничен вероятностями, которые допускает квантовое исчисление. (Сознание законопослушно. Креативность космоса происходит от креативности его квантовых законов, а не от произвольного беззакония.)

Согласно монистическому идеализму, объекты уже находятся в сознании в качестве зачаточных, трансцендентных, архетипических форм возможности. Коллапс состоит не в делании чего-либо с объектами путем измерения, а в выборе и признании результата этого выбора. Взгляните еще раз на приводившуюся ранее иллюстрацию гештальта «Моя жена и теща» (рис. 12). На этой иллюстрации имеется наложение изображений. Когда мы видим жену (или тещу), мы ничего не делаем с картинкой. Мы просто выбираем и признаем свой выбор. Процесс «схлопывания» волновой функции сознанием представляет собой нечто вроде этого.

Однако существуют дуалисты, которые пытаются объяснять действие сознания в парадоксе Шрёдингера, находя свидетельства психокинеза – способности перемещать материю действием ума. Юджин Вигнер утверждает, что если квантовый объект может воздействовать на наше сознание, то и сознание должно быть способно воздействовать на квантовый объект. Однако свидетельств психокинеза недостаточно, и они вызывают сомнения. Кроме того, рассмотрение еще одного парадокса – «парадокса друга Вигнера» – по существу, исключает дуалистическую интерпретацию.

Парадокс друга Вигнера

Предположим, что два человека одновременно открывают ящик с кошкой Шрёдингера. Если исход коллапса выбирает наблюдатель, как подразумевает идеалистическое решение, то что, если два наблюдателя делают разный выбор – разве это не создает проблему? Если мы говорим – нет, то выбор может делать только один из наблюдателей, и сторонники реализма справедливо считают это решение неудовлетворительным.

В парадоксе друга Вигнера, сформулированном физиком Юджином Вигнером, происходит следующее: предположим, что вместо того чтобы самому наблюдать кошку, Вигнер просит это сделать своего друга. Его друг открывает ящик, видит кошку и затем сообщает результаты своего наблюдения Вигнеру. На этом этапе мы можем говорить, что Вигнер только что актуализировал реальность, которая включает в себя его друга и кошку. Здесь есть парадокс: была ли кошка жива или мертва, когда друг Вигнера ее наблюдал, но до того, как он сообщил результат наблюдения? Говорить, что когда друг Вигнера наблюдал кошку, ее состояние не коллапсировало, значит утверждать, что его друг пребывал в бессознательном состоянии, пока Вигнер его не спросил – что сознание его друга не могло решить, жива кошка или мертва, без побуждения со стороны Вигнера. Это весьма похоже на солипсизм – философию, которая считает вас единственным сознательным существом, а все остальное – плодами вашего воображения. Почему Вигнер должен быть привилегированным агентом, которому позволено вызывать коллапс функции состояния кошки?

Предположим, что мы вместо этого говорим, что коллапс суперпозиции вызывает сознание друга Вигнера. Не открывает ли это ящик Пандоры? Если Вигнер и его друг смотрят на кошку одновременно, то чей выбор будет иметь значение? Что, если два наблюдателя делают разный выбор? Если бы отдельные люди своим выбором определяли поведение объективного мира, то жизнь превратилась бы в кромешный ад, поскольку, как мы знаем, субъективные впечатления часто бывают противоречивыми. В подобном случае ситуация была бы подобно той, в которой автомобилисты, движущиеся с разных сторон, выбирали бы цвет светофора (красный или зеленый) по своей воле. Этот довод часто считают смертельным ударом по решению парадокса Шрёдингера вмешательством сознания. Однако он смертелен только для дуалистической интерпретации. Чтобы понять, почему этот так, рассмотрим парадокс Вигнера более подробно.

Вигнер сравнил свое парадоксальное положение с таким, в котором для осуществления наблюдения используется неодушевленный прибор. Когда используется механизм, никакого парадокса нет. Нет ничего парадоксального или расстраивающего в том, что машина какое-то время находится в состоянии неопределенности, но опыт говорит, что решающее значение имеет наблюдение сознательного существа. Как только сознательное существо производит наблюдение, материальная реальность становится проявленной в единственном состоянии. По словам Вигнера:

Следовательно, существо с сознанием должно иметь в квантовой механике другую роль, нежели неодушевленный измерительный прибор... Этот довод предполагает, что «мой друг» имеет те же виды впечатлений и ощущений, что и я – в частности, что после взаимодействия с объектом он не находится в бессознательном состоянии... Не обязательно видеть здесь противоречие с точки зрения ортодоксальной квантовой механики, и его нет, если мы полагаем, что альтернатива лишена смысла – содержит ли сознание моего друга... впечатление увиденного [либо мертвой, либо живой кошки]. Однако до такой степени отрицать существование сознания друга – это, несомненно, неестественная позиция, приближающаяся к солипсизму, и немногие люди в глубине души с ней согласятся.

Это коварный парадокс, но Вигнер прав. Нам нет нужды говорить, что пока Вигнер не проявляет своего друга, друг находится в бессознательном состоянии. В равной степени нам не нужно прибегать к солипсизму. Есть другая альтернатива.

Парадокс Вигнера возникает только когда он делает необоснованное дуалистическое допущение, что его сознание существует отдельно от сознания его друга. Парадокс исчезает, если есть только один субъект, а не отдельные субъекты, как мы обычно их понимаем. Альтернатива солипсизма – единый субъект-сознание.

Когда я наблюдаю, то вижу весь мир проявления, но это не солипсизм, поскольку нет никакого индивидуального видящего «я» в противопоставление другим «я». Эрвин Шредингер был прав, когда говорил: «Сознание – это единственное, для которого нет никакого множественного числа». Этимология и орфография сохранили единственность сознания. Однако существование в языке таких терминов, как «я» и «мое», ведет нас в дуалистическую ловушку Мы считаем себя отдельными потому, что таким образом говорим о себе.

Точно так же, люди привыкают думать об обладании сознанием, как в вопросе: «Есть ли сознание у кошки?» Лишь в материальном реализме сознание представляет что-то такое, чем можно просто обладать. Такое сознание было бы детерминированным, а не свободным, и его не стоило бы иметь.

Котелок, за которым следят, все же кипит

Рассмотрим еще одно затруднение в парадоксе Шрёдингера. Предположим, что кошка Шрёдингера сама представляет собой сознательное существо. Ситуация становится еще более критической, если предположить, что в ящике с радиоактивным атомом, бутылкой с ядом и всем остальным, находится человек. Тогда предположим, что по прошествии часа мы открываем ящик, и, если он еще жив, спрашиваем его, переживал ли он наполовину мертвое, наполовину живое состояние? Он ответит – конечно, нет! Немного подумайте. Что, если мы спросим его, чувствовал ли он себя живым все время? Если этот человек достаточно вдумчив, то после некоторого размышления он, вероятно, скажет – нет. Понимаете, мы осознаем свое тело не все время. В действительности, в обычных обстоятельствах, человек очень мало осознает свое тело. Поэтому с точки зрения идеалистической интерпретации то, что происходит, можно описать следующим образом. В течение часа этот человек время от времени осознавал, что он жив. Иными словами, он наблюдал самого себя. В эти моменты его волновая функция коллапсировала, и, к счастью, всякий раз выбором было живое состояние. Между этими моментами схлопывания волны его волновая функция расширялась и становилась когерентной суперпозицией мертвого и живого состояний в трансцендентной сфере, лежащей за пределами опыта.

Вы знаете, как мы видим кино. Наш мозг-ум не способен различать отдельные неподвижные картинки, пробегающие у нас перед глазами со скоростью двадцать четыре кадра в секунду. Сходным образом, то, что человеку, наблюдающему самого себя, кажется непрерывностью, в действительности, представляет собой мираж, состоящий из множества дискретных коллапсов.

Этот последний довод также означает, что мы не могли бы спасти кошку Шрёдингера от жестокого результата радиоактивного распада, постоянно глядя на нее, и, таким образом, непрерывно коллапсируя ее волновую функцию и удерживая ее в живом состоянии. Это благородное побуждение, но оно обречено на провал – по той же причине, почему кипит котелок, за которым следят, хотя пословица предполагает другое. Это хорошо, что котелок, за которым следят, кипит, поскольку если бы мы могли предотвращать изменение, просто глядя на объект, мир был бы полон нарциссистов, пытающихся избежать старости и смерти, медитируя на самих себе.

Следует учитывать напоминание Эрвина Шрёдингера: «Наблюдения следует считать отдельными дискретными событиями. Между ними имеются разрывы, которые мы не можем заполнить».

Решение парадокса кошки Шрёдингера очень многое говорит нам о природе сознания. Проявляя материальную реальность, оно осуществляет выбор между альтернативами; оно трансцендентно и едино; и его действия ускользают от нашего нормального обыденного восприятия. Конечно, с точки зрения здравого смысла ни один из этих аспектов сознания не кажется самоочевидным. Старайтесь обуздывать свое неверие и помнить, что однажды сказал Роберт Оппенгеймер: «Наука – это незаурядный смысл».

Квантовый коллапс – это процесс выбора и признания сознательным наблюдателем; в конечном счете существует только один наблюдатель. Это значит, что нам надо разрешить еще один классический парадокс.

Когда завершается измерение?

По мнению некоторых реалистов, измерение завершено, когда классический измерительный прибор, вроде счетчика Гейгера в клетке кошки Шрёдингера, измеряет квантовый объект; оно завершается, когда счетчик щелкает. Заметьте, что если мы принимаем подобное решение, то парадокс двойственного состояния кошки не возникает.

Это напоминает мне одну историю. Два пожилых джентльмена беседовали, и один из них сетовал на хроническую подагру. Другой с определенной гордостью сказал: «Мне не нужно беспокоиться о подагре; я каждое утро принимаю холодный душ». Джентльмен с подагрой насмешливо взглянул на него и ответил: «Значит, у вас взамен хронический холодный душ!»

Эти реалисты пытаются заменить дихотомию кошки Шредингера дихотомией квантового и классического уровней. Они делят мир на квантовые объекты и классические измерительные приборы. Однако такая дихотомия несостоятельна и совершенно не нужна. Мы можем утверждать, что все объекты подчиняются квантовой физике (единство физики!), и в то же время удовлетворительно отвечать на вопрос: «Когда завершается измерение?»

Чем определяется измерение? Говоря слегка иными словами, когда мы можем говорить, что квантовое измерение закончено? Можно подойти к ответу исторически.

Вернер Гейзенберг, предложивший принцип неопределенности, сформулировал мысленный эксперимент, который далее уточнил Бор. Недавно Дэвид Бом дал описание эксперимента, и я буду его здесь использовать. Предположим, что частица находится в покое в плоскости мишени микроскопа и мы анализируем ее наблюдение с позиции классической физики. Чтобы наблюдать частицу-мишень, мы направляем на нее (с помощью микроскопа) еще одну частицу, которая отклоняется частицей-мишенью на фотографическую пластинку, оставляя на ней след. На основании изучения следа и нашего знания того, как работает микроскоп, мы можем, в соответствии с классической физикой, определить как положение частицы мишени, так и импульс, придаваемый ей в момент отклонения. Конкретные экспериментальные условия не влияют на конечный результат.

В квантовой механике все это меняется. Если частица-мишень – это атом и если мы смотрим на него с помощью электронного микроскопа, в котором электрон отклоняется атомом на фотографическую пластинку (рис. 22), появляются следующие четыре соображения:

1. Отклоняемый электрон следует описывать и как волну (пока он движется от объекта Ок изображению Р), и как частицу (когда он достигает Р и оставляет след T).

2. Вследствие этого волнового аспекта электрона, изображение Р дает нам только распределение вероятности положения объекта О. Иными словами, положение определяется только в границах некоторой неопределенности ∆х.

3. Точно так же, доказывал Гейзенберг, направление следа T дает нам только распределение вероятности импульса Ои, таким образом, определяет импульс только в границах неопределенности ∆р. Используя простую математику, Гейзенберг сумел показать, что произведение двух неопределенностей больше или равно постоянной Планка. Это и есть принцип неопределенности Гейзенберга.

4. В более подробном математическом описании Бор показал, что волновую функцию наблюдаемого атома невозможно определять отдельно от волновой функции электрона, используемого для его наблюдения. В действительности, говорил Бор, волновую функцию электрона невозможно отделить от волновой функции фотографической эмульсии. И так далее. В этой цепочке невозможно провести однозначную линию раздела.

Рис. 22. Микроскоп Бора—Гейзенберга

Несмотря на неопределенность в проведении линии раздела, Бору казалось, что мы должны ее проводить вследствие «необходимого использования классических понятий при интерпретации всех правильных измерений». Бор неохотно признавал, что экспериментальную обстановку следует описывать чисто классическим языком. Следует допускать, что дихотомия квантовых волн заканчивается в измерительном приборе. Однако, как убедительно показал философ Джон Шумахер, все действительные эксперименты содержат в себе второй встроенный микроскоп Гейзенберга: процесс видения следа в эмульсии связан с такого же рода соображением, как то, что привело Гейзенберга к принципу неопределенности (рис. 23). Фотоны от эмульсии усиливаются собственным зрительным аппаратом экспериментатора. Можем ли мы игнорировать квантовую механику нашего собственного зрения? Если нет, то не являются ли наши мозг-ум—сознание неразрывно связанными с процессом измерения?

Рис. 23. Механика зрения. Еще один микроскоп Гейзенберга в действии?

Принадлежит ли кошка к квантовому или классическому миру?

Когда мы задумываемся об этом, становится ясно, что Бор заменял одну дихотомию другой – дихотомию кошки дихотомией мира, разделяемого на квантовые и классические системы. Согласно Бору, мы не можем отделять волновую функцию атома от всего остального в клетке (различных измерительных приборов для определения распада атома, вроде счетчика Гейгера, бутылки с ядом и даже кошки), и потому линия, которую мы проводим между микромиром и макромиром, оказывается совершенно произвольной. К сожалению, Бор также говорил о необходимости признавать, что измерение с помощью механизма – измерительного прибора – разрешает дихотомию квантовой волновой функции.

Однако любое макроскопическое тело, в конечном счете, представляет собой квантовый объект; не существует такой вещи, как классический объект, если только мы не готовы признавать порочную дихотомию квантового/классического в физике. Верно, что в большинстве ситуаций поведение макроскопического тела можно предсказывать, исходя из правил классической механики. (В таких случаях квантовая механика дает те же математические предсказания, что и классическая механика, – это принцип соответствия, который открыл сам Бор.) По этой причине мы часто приближенно считаем макроскопические тела классическими. Однако процесс измерения – не такой случай, и принцип соответствия к нему не применим. Разумеется, Бор это знал. В своих знаменитых дебатах с Эйнштейном Бор часто привлекал квантовую механику для описания макроскопических тел при измерении, чтобы опровергать острые возражения, выдвигавшиеся Эйнштейном против волн вероятности и принципа неопределенности.

В качестве примера спора между Бором и Эйнштейном рассмотрим ситуацию двухщелевого эксперимента, но с одним дополнительным аспектом. Предположим, что до попадания на двойную щель электроны проходят через одиночную щель в диафрагме – ее цель состоит в точном определении начального положения электронов. Эйнштейн предлагал устанавливать эту первую щель на крайне чувствительных пружинах (рис. 24). Он доказывал, что если первая щель отклоняет электрон к верхней из двух щелей, то в силу принципа сохранения импульса первая диафрагма будет отходить вниз, а если электрон отклоняется вниз, к нижней из щелей, то будет происходить противоположное. Таким образом, измерение отдачи диафрагмы будет говорить нам, через какую щель, в действительности, проходит электрон – то есть давать информацию, невозможную с точки зрения квантовой механики. Если бы первая диафрагма действительно была классической, то Эйнштейн был бы прав. Защищая квантовую механику, Бор указывал, что, в конечном счете, эта диафрагма тоже подчиняется квантовой неопределенности. Поэтому при измерении ее импульса становится неопределенным ее положение. Бор был способен продемонстрировать, что это расширение первой щели фактически уничтожает интерференционную картину.