Часть четвертая. Кот Шрёдингера и Мышь Эйнштейна.

Глава двадцатая. Создатели звезд?

Доктор Джон Арчибальд Уилер сегодня смотрит на эти вещи более радикально, чем в прошлом, когда он был соавтором модели ЭУГ.

Но прежде, чем обсудить это, мы должны рассмотреть понятие "нелокальности".

В 1965 году доктор Джон С. Белл опубликовал работу, которую физики кратко называют "теоремой Белла". Так как на эту тему было опубликовано много абсурда и нелепицы - и я сам, в том числе, согрешил в своей ранней книге "Космический курок I: Последняя тайна иллюминатов", - мы будем продвигаться очень медленно и осторожно. Теорема Белла утверждает, что:

Если некоторая объективная вселенная в некотором смысле существует

(т.е. если мы не принимаем наиболее солипсические ереси, высказываемые неосторожными сторонниками копенгагенизма) и

Если уравнения квантовой механики структурно подобны (изоморфны) этой вселенной,

то

Некоторый вид нелокальной связи существует между любыми двумя частицами, когда-либо входившими в контакт.


Это утверждение покажется вам странным и даже каким-то зловещим, если вы вспомните, что классический тип нелокальной связи, известный человечеству издавна, - это "магическая" связь. Идея магии заключается в том, что шаман, заполучив прядь ваших волос, может с ее помощью сделать с вами все что угодно. Фрэзер в "Золотой ветви" называет это "симпатической магией"* и характеризует как "примитивное" мышление. Получается, самая передовая наука вернулась к самым "примитивным" идеям?*



* Виртуальный (от лат. virtualis) - возможный; тот, который может или должен проявиться.


* То есть магией, основанной на взаимном влечении вещей подобных или находившихся в контакте друг с другом. В первом случае мы имеем дело с гомеопатической, а во втором - с контагиозной магией" по определению Фрэзера. Нам кажется уместным привести здесь оригинальную фрэзеровскую формулировку принципа контагиозной магии:
Вещи, которые раз пришли в соприкосновение друг с другом, продолжают взаимодействовать на расстоянии после прекращения прямого контакта.
(Фрэзер Д. Д. Золотая ветвь: Исследование магии и религии. М.: Политиздат, 1986, с. 19.)


Не совсем так. Чуть ниже я объясню тонкости "нелокальной связи", но сначала давайте отметим, что идея нелокальной связи кажется настолько немыслимой и запретной многим физикам (которые осознают ее сходство с магией и шаманизмом), что они решили избежать следствий из математических выкладок Белла, подвергнув сомнению его первый шаг, описанный выше, и возвращаясь к бесстыдному солипсизму. До сих пор этот подход открыто проявился (насколько я знаю) только в двух статьях доктора Н. Дэвида Мермина из Колумбийского университета ("Квантовые тайны для всех", Джорнал оф философи, том. 78, 1981, и "Есть ли Луна, когда на нее никто не смотрит?". Физикс тудэй, апрель 1985). Доктор Мермин заявляет, что Луна исчезает, когда на нее никто не смотрит.

Да-да! Я не преувеличиваю. Доктор Мермин пишет: "Можно показать, что Луна не существует, когда на нее никто не смотрит". Ах, если бы он был хоть немного знаком с языком-прим...

Пожалуйста, не забывайте, что позиция доктора Мермина отличается от моей, которая состоит в том, что в нашем наблюдаемом мире Луна не появляется, пока кто-нибудь на нее не посмотрит, но мы не можем делать имеющие хоть какой-нибудь смысл утверждения о существовании или несуществовании в "реальном мире"; смыслом будут обладать только наши высказывания о наблюдаемом нами мире после его наблюдения.

Никому не приходило в голову (пока что) оспаривать второй пункт аргумента Белла. Уравнения квантовой механики имеют больший изоморфизм с наблюдаемой вселенной, чем что-либо еще в науке. Мы знаем это, так как эти уравнения входят в теории, лежащие в основе около 90% современных, повседневно используемых нами технологий (по оценке Джона Гриббина). Они используются в телевидении, атомной энергетике, компьютерах, молекулярной биологии, генной инженерии и вообще повсюду. Если бы в них содержался крупный недостаток, он бы уже давно проявился. (Мелкие недостатки в них, по всей видимости, существуют, как и во всем, что сделано человеком, но при наличии крупного недостатка каждый день вокруг нас что-нибудь да взрывалось бы.) Но нет: квантовые уравнения имеют, вероятно, наиболее высокую степень подтвержденности (экспериментальной, практической, обиходной) среди всех отраслей научного знания.

Итак, если мы имеем мир, который человек может наблюдать, и изоморфизм между этим миром и квантовой математикой, выводы Белла кажутся математически неизбежными. Они также прошли семь экспериментальных тестов, каждый раз со все более сложными приборами, и кажутся справедливыми всем, кроме тех, кто, как доктор Мермин, находит солипсизм менее "иррациональным", чем нелокальность.

Что же мы понимаем под "нелокальностью" в представлении Белла? Можем ли мы отличить ее от шаманизма и магии? Да, можем, и тогда она окажется совсем не такой странной и зловещей, как магия. Она окажется гораздо более странной и зловещей.

Все доквантовые модели мира, включая теорию относительности Эйнштейна, предполагали, что любые корреляции требуют связей. Другими словами, они предполагали, что, если А делает пинг!, а Б затем - понг!, объяснение этому должно лежать в некоторой связи между А и Б. Если реакция "пинг-понг" будет продолжаться, снова и снова, без всякой связи между А и Б, классической физике (да и здравому смыслу) это покажется сверхъестественным.

В ньютоновской физике связь между пинг и понг - механическая и детерминистская (А бьет, Б принимает); в термодинамике - механическая и статистическая (когда достаточное число А достаточно сильно подпрыгивает, они ударяют достаточное число Б, чтобы заставить их прыгать тоже); в электромагнетизме эта связь выступает как пересечение или взаимодействие полей; в теории относительности - как результат искривления пространства (которое мы называем "гравитацией"); но в любом случае корреляция будет предполагать некоторую связь.

В качестве простой модели мира все физики доквантовой эпохи принимали бильярдный стол. Если лежащий на нем шар приходит в движение, причина лежит в механике (удар другого шара), полях (воздействие электромагнитного поля толкает шар в определенном направлении) или геометрии (стол некоторым образом искривлен), но без причины он двигаться не может.

В квантовой механике, начиная с 20-х годов нашего века, нелокальные эффекты - корреляции без связей - казались многим физикам единственным объяснением поведения субатомных систем в некоторых случаях. (Бор ввел понятие "нелокальный" в 1928 году.) Белл просто доказал математически, что эти нелокальные эффекты действительно должны иметь место, если квантовая математика действует в наблюдаемом мире.

Когда мы говорим, что в этих нелокальных эффектах не существует связей, объясняющих корреляцию, мы попросту имеем в виду, что отсутствует "причина" - в любом возможном значении этого слова.

Представьте себе бильярдный стол без игроков. Никто не бьет по шарам. Нет землетрясения, которое трясло бы комнату. Не существует магнита, спрятанного под столом. И все же внезапно шар А на одном конце стола поворачивается по часовой стрелке, а шар Б на другом конце стола - против часовой стрелки.

Если бы вы рассказали об этом некоему Фоме Неверующему, он бы заподозрил какой-то обман или мошенничество. Тем не менее подобные нелокальные корреляции являются математически необходимыми в квантовой механике и неоднократно подтверждались экспериментально.

"Бильярдная" модель описывает лишь один аспект нелокальной реальности. Другая модель, приведенная в лекции самого доктора Белла, - как мне ее изложил доктор Герберт, - выглядит так:

Представьте себе двух человек, один из которых находится в Дублине, а другой - в Гонолулу. Представьте, что в течение некоторого времени мы за ними внимательно наблюдали и получили некоторые "законы" их поведения. Один из этих законов состоит в том, что, когда дублинец надевает красные носки, человек в Гонолулу надевает зеленые. Затем мы в целях эксперимента вмешиваемся в систему - "делая" так, что человек в Дублине снимает красные носки и надевает зеленые. Мы поворачиваемся к нашим мониторам, смотрим на Гонолулу, и оказывается, что наш тамошний подопечный в тот же миг снял зеленые носки и надел красные! (Я не одобряю употребление восклицательных знаков в повествовательных предложениях, но данный случай, мне кажется, заслуживает по меньшей мере одного, а может, даже и трех или более восклицательных знаков...)

"В тот же миг" означает, кроме всего прочего, что мы точно знаем, что никакой сигнал из Дублина не мог достичь Гонолулу, чтобы образовать связь между событиями. Сигналы перемещаются со скоростью, равной или меньшей скорости света, и не могут вызвать мгновенную реакцию. Таким образом, событие в Гонолулу даже нельзя расценивать как "реакцию" в строгом значении этого слова; оно скорее будет классифицировано как совпадение - если только эти люди не продолжат вести себя подобно частицам Белла и та же корреляция не будет наблюдаться всякий раз, когда мы заставим одного из них поменять носки.

(Высокотехничные атомные эксперименты, демонстрирующие подобное поведение, описаны в книгах "В поисках Кота Шрёдингера" Гриббина и "Квантовая реальность" Герберта.)

Что ж, теперь вы видите, насколько это отличается от примитивной "симпатической магии". Магия опирается на своеобразную "оккультную" теорию причинности, однако подобная корреляция без связи не укладывается ни в одну теорию причинности. Магия допускает "астральное путешествие" и т.п., но в нашем случае "путешествие" вообще отсутствует - если только не допустить возможность мгновенного "путешествия" туда и обратно. Короче говоря, магии далеко до нелокальной корреляции.

Доктор Джек Сарфатти, между прочим, называет нелокальную корреляцию "информацией без перемещения". Можете обозначать ее и так, если мой термин "корреляция без связи" кажется вам не совсем адекватным.

Юнгианская синхронистичность, признаваемая не только сторонниками Юнга, но и многими другими психологами, безусловно, также содержит подобную нелокальную и некаузальную корреляцию. Юнг действительно определил синхронистичность как явление, не укладывающееся ни в одну чисто каузальную, "бильярдную" теорию мира. Большинству ученых из других областей науки до экспериментальных подтверждений теоремы Белла казалось, что только психологи могут нести подобную чушь... Однако теперь этот вопрос требует нового, более пристального изучения.

Давайте же, наконец, рассмотрим следствия теоремы Белла для модели с множественными вселенными.

В последнее десятилетие физики много говорили о так называемом "антропном принципе", который вкратце сводится к следующему. Мы живем во вселенной, которая выглядит так, как будто она в конце концов обязательно должна была породить людей. Иначе говоря, наша вселенная как будто специально "предназначена" для людей.

Это переворачивает с ног на голову последние три века развития науки. "Предназначение" вообще и антропное предназначение в частности когда-то играли большую роль в философии Аристотеля и теологической мысли, однако наука решила, что может обойтись без всяких "предназначений". Тем не менее антропный принцип сейчас имеет большее влияние, чем когда-либо в теологическую эпоху.

Дело в том, что несколько космологов проанализировали группу вполне обособленных фактов нашей вселенной и пришли к простому выводу: если любую физическую константу хотя бы немного изменить (во многих случаях - не больше, чем на 0,01%), в результате мы получим вселенную, в которой человек не смог бы появиться.

Другими словами, из всех вселенных, которые могли образоваться при Большом Взрыве, большинство либо сразу же распалось, либо превратилось в различные газовые образования, либо образовало звезды и галактики без планет, либо пошло по такому пути развития, который исключил возможность зарождения и эволюции человека.

Профессор Пол Дэвис анализирует эти выкладки с математической строгостью в своей книге "Случайная вселенная". Он приходит к выводу, что мы можем либо принять модель ЭУГ, предполагающую существование множества вселенных, в большинстве из которых отсутствует человек, либо, если мы настаиваем на единственной вселенной "здравого смысла", согласиться, что некий антропный принцип "поработал"*; над развитием этой вселенной в таком направлении, чтобы сделать возможным наше существование.


* От греч. anthropos - "человек"


Выражаясь простым языком, у нас есть выбор: множество миров или один мир, имеющий некоего подозрительного Конструктора. Как бы сторонники последнего варианта ни старались придать ему абстрактный и математический смысл, большинство читателей все равно видит в нем идею Бога.

Безусловно, Конструктор (в обычном представлении) не пользуется сердечным уважением в научных кругах. Ученые считают, что Он скорее является предметом интереса теологов и совершенно не вписывается в научное видение мира.

В этом споре антропный принцип разбился на Сильный антропный принцип и Слабый антропный принцип; первый из них более совместим с гипотезой о существовании Конструктора. Тем не менее даже Слабый антропный принцип оставляет щелку, через которую Конструктор может проскользнуть в науку.

Теперь в нашей истории вновь появляется доктор Уилер.

(В этом обсуждении я в значительной мере следую современным воззрениям доктора Уилера, как они представлены в статье Джона Глайдедмэна "Переворачивая Эйнштейна с ног на голову", напечатанной в "Сайенс дайджест" за октябрь 1984 г.)

Теорема Белла показывает, что, если квантовая теория соответствует чему-то вроде физической вселенной - если квантовая теория не вырождается в солипсизм, как всегда предполагали критики копенгагенизма, - нелокальные корреляции должны существовать во вселенной точно так же, как они существуют в математических выкладках. Но эти нелокальные корреляции не обязательно должны быть корреляциями в пространстве, как я их представлял до этого момента (в целях ясности и простоты). Теорема Белла указывает, что в квантовом мире должны также существовать корреляции во времени. (Я оставил их рассмотрение до этого момента, так как, если не подходить к этому вопросу медленно, шаг за шагом, неподготовленный ум читателя может испугаться.)

Нелокальные пространственные корреляции (или пространственно-подобные корреляции, как сказали бы строгие релятивисты) просто упраздняют, или превосходят, или игнорируют нашу концепцию линейной причинности. Нелокальные временные, или время-подобные корреляции выворачивают эту концепцию наизнанку.

Итак: два фотона входят в один и тот же измерительный прибор. Возникает контакт, который, согласно теореме Белла, становится нелокальной корреляцией. Один из фотонов попадает в прибор, придя от свечи, находящейся на другом конце комнаты, а другой - от звезды, находящейся от нас на расстоянии миллиона световых лет. Однако нелокальная корреляция не изменяется (в уравнениях Белла коэффициент ее изменения равен нулю) ни в пространственно-подобных, ни во время-подобных разделениях.

Для того чтобы оба фотона удовлетворяли этому требованию, свойства того из них, который покинул звезду миллион лет назад, должны быть установлены также миллион лет назад, что даже для Квантовой Страны Чудес кажется абсурдом. (Это подразумевает, что фотон, "зная", что мы будем его измерять миллион лет спустя, соответствующим образом оделся, прежде чем покинуть звезду и начать свое долгое путешествие.)

В альтернативном варианте, этот фотон не покидал звезду миллион лет назад, "до тех пор", пока результат нашего сегодняшнего измерения каким-то образом нелокально не отправился "назад" во времени на далекую звезду и не "настроил" этот фотон для корреляции с другим фотоном, пришедшим от свечи.

Что я только что сказал?

Да, мы имеем обратную временную причинность, не обязательно как буквальную истину в аристотелевском смысле, но как единственную модель, соответствующую имеющимся у нас на сегодняшний день данным.

Как заметил Уилер, "мы ошибаемся, думая, что прошлое имеет определенное существование "где-то там"".

С копенгагенистской и прагматической точки зрения, любая модель прошлого или способна, или неспособна помочь нам решить сегодняшние проблемы. Традиционная модель, представляющая прошлое как нечто, имеющее определенное существование "где-то там", неспособна помочь нам понять явление нелокальной корреляции. Таким образом, мы нуждаемся в модели, в которой настоящее может влиять на прошлое.

По моему мнению, с этим не возникает проблем, если отказаться от идентификационного "является".

Используя идентификационное "является", мы приходим к бесконечным парадоксам и к модели, которую может принять всерьез только душевнобольной. Мы действительно приходим к миру, который изменяется целиком - в прошлом, настоящем и будущем - каждый раз, когда мы производим измерения.

Выходит, если бы Мышь Эйнштейна случайно включила наши измерительные инструменты, она действительно могла бы изменить весь мир.

Доктор Герберт с присущим ему здравомыслием спрашивает, каким образом проведение измерений может иметь подобную "магическую" силу. Я и не думаю, что может. Я думаю, что, пока мы не найдем лучшей модели, на данном этапе мы нуждаемся в модели с обратной причинностью, иначе мы будем противоречить фактам квантовых экспериментов. Но я не думаю, что модель "является" миром. Когда модель становится настолько странной, необходимо строить новую, лучшую модель.

Тем временем, пока не найдена лучшая модель (или "новая парадигма"), в рамках нынешней модели Уилера где-то в суперпространстве все еще существует огромное множество вселенных старой модели ЭУГ, но мы "выбрали" эту антропную вселенную при помощи проведенных нами экспериментов.

Если вы принимаете модель Уилера в качестве конечной истины, то...

Наконец-то появляется долгожданный Конструктор;Дверь Закона распахивается, и мы входим.

По словам Уилера, наши эксперименты беспрестанно совершают нелокальные путешествия в пространстве-времени в соответствии с теорией Белла. В этих путешествиях они пересекают Большой Взрыв и все остальные события; при этом осуществляется, так сказать, "тонкая настройка" Большого Взрыва и вселенная вокруг нас становится антропной - вселенной, в которой люди могут и должны существовать. Мы создали ее для себя.

Короче говоря, мы не нуждаемся в сверхъестественной фигуре Конструктора. Наши эксперименты создают вселенную, наблюдаемую при помощи наших экспериментов, которые всегда подчиняются идее антропной, а не любой из миллионов или миллиардов возможных не-антропных вселенных, так как именно мы задумываем эти эксперименты.

Верно?

Конечно же, это и нью-эйджевский лозунг "Мы создаем свою собственную реальность" - все равно не одно и то же. Уилер подчеркнуто отрицает, что мысль, или разум, или сознание могут быть связаны с этой замкнутой каузальной цепью. Только ядерные эксперименты способны влиять на частицы, которые нелокально настраивают Большой Взрыв на создание нас и нашего мира.

Тем не менее мне кажется решительно странным, что "Конструктор" появляется в качестве меня, вас и того парня, подпирающего фонарный столб в интерпретации квантовой механики, предложенной более шестидесяти лет назад Эддингтоном, который не был последователем теории нелокальных корреляций и обратной временной причинности. Эддингтон просто пытался проследить корни Копенгагенской Интерпретации в прагматизме и экзистенциализме, как это делаю я, и в результате пришел к следующему заключению ("Философия физической науки"):

Мы обнаружили странные следы на берегу Неизвестного. Мы одну за другой создавали глубокие теории, чтобы объяснить их происхождение. Наконец нам удалось воссоздать облик существа, оставившего отпечатки ног. И что же? Этим существом оказались мы сами.

Суфийский аналог этой притчи, появившийся на тысячу лет раньше, таков: Мулла Насреддин ехал на осле по пустыне и вдруг увидел вдали отряд людей на лошадях. Зная, что в этом районе часто встречаются разбойники, Насреддин развернулся и пришпорил осла в обратном направлении.

Всадники, однако, узнали божественного Муллу. "Куда бы это мудрейшему из мусульман так мчаться?" - спросили они друг друга и решили последовать за ним, думая, что он приведет их к чему-нибудь волшебному.

Оглянувшись, Насреддин увидел, что "разбойники" его преследуют, и еще сильнее пришпорил осла. Тогда его преследователи тоже поскакали быстрее, стараясь не упустить из виду загадочные действия великого Насреддина. Погоня продолжалась, все быстрее и быстрее, пока Насреддин не увидел кладбище. Он быстро спешился и спрятался за надгробием.

Всадники подъехали ближе и, не слезая с лошадей, заглянули за камень. Возникла пауза. Все, и особенно Насреддин, который узнал во всадниках своих старых знакомых, лихорадочно думали. "Почему ты прячешься за надгробием?" - наконец спросил один из всадников.

"Это сложнее, чем ты можешь понять, - ответил Насреддин. - Я нахожусь здесь из-за вас, а вы - из-за меня".

Упражнения

1. Обсудите в классе дзэновскую загадку: "Кто Тот, кто чудеснее всех Будд и мудрецов?"

2. Согласно сообщению, приведенному в уже упоминавшемся сборнике "Странные известия", шестеро мужчин на Филиппинах поспорили о том, "что появилось первым - яйцо или курица". Страсти накалились, в ход пошло оружие, и четверо из шести были застрелены. Попробуйте всем классом обсудить теорию Уилера, избегая подобных ужасных результатов.

3. Попробуйте, используя вашу собственную изобретательность, применить теорию Уилера к обычной ссоре между людьми.

4. Снимите крышку с бачка в туалете, потяните за ручку и понаблюдайте, как вода сначала уходит, а затем вновь заполняет бачок до определенного уровня. Это - простейший замкнуто-причинный механизм в обычном доме. Примените замкнуто-причинный анализ к:

А. Расовым отношениям в США и Южной Африке.

Б. Холодной войне.

Психология bookap

В. Типичному разводу.

Г. Самоосуществляющимся ожиданиям в отношениях корпораций с профсоюзами.