Philip Ball. Beyond Weird: Why everything you thought you knew about quantum physics is different. University of Chicago Press, 2018. 370 pages.
Філіп Бол. Поза дивним: Чому все, що ви думали, що знаєте про квантову фізику, інакше
«Той, хто не шокований квантовою теорією, не зрозумів її».
Відтоді, як Нільс Бор сказав це багато років тому, квантова механіка тільки шокує. Тепер ми розуміємо, що насправді це не говорить нам про те, що «дивні» речі відбуваються поза полем зору, на найдрібнішому рівні в атомному світі: скоріше, все квантове. Але якщо квантова механіка правильна, те, що здається очевидним і правильним у нашому повсякденному світі, побудовано на основах, які не здаються очевидними чи правильними взагалі — або навіть можливими.
Захопливий тур сучасним квантовим ландшафтом, «Поза дивним» — це книжка про те, що насправді означає квантова фізика, а що ні. Науковий письменник Філіп Бол пропонує сучасний, доступний опис пошуків, спрямованих на те, щоб розібратися з найфундаментальнішою теорією фізичної реальності та пояснити, як її суперечливі принципи лежать в основі світу, який ми відчуваємо. За останнє десятиліття стало зрозуміло, що квантова фізика — це не так теорія про частинки та хвилі, невизначеність і нечіткість, як теорія про інформацію та знання — про те, що можна знати та як ми можемо це знати. Відкриття та експерименти за останні кілька десятиліть поставили під сумнів значення і межі простору та часу, причини та наслідку й, зрештою, самого знання. Квантовий світ, який Бол показує нам, не інакший світ. Це наш світ, і якщо щось заслуговує на назву «дивного», то це ми.
Відгуки
«Чудово зрозумілий текст Бола переносить нас на край сучасного теоретизування про основи квантової механіки. «Поза дивним» — найкраща книжка на цю тему, яку я читав». – «Вашинґтон пост»
«Однак намір «Поза дивним» полягає не просто в тому, щоб надати несправжній посібник із теорії, а в тому, щоб дослідити її значення, що лежить в основі. Ми знаємо, що рівняння працюють, але який світ вони насправді представляють? Щоб відповісти на запитання, він зважує конкурентні інтерпретації та хибні уявлення, які прикріпилися до квантової теорії за її 100-річну історію, завершуючи нещодавніми спробами перебудувати теорію «з нуля» та новими ідеями, які пропонують спокусливі проблиски поза... . Похвальне досягнення". ― «Сандей таймз»
«Чіткий та глибоко досліджений виклад того, що відомо про квантові закони природи, і того, як розуміти, що вони насправді можуть означати». ― «Нейче»
«Чудовий опис сучасної квантової теорії та зусиль, які докладаються для використання її ефектів». ― «Спектейтор»
«Було б легко подумати: «Звісно, нам не потрібна ще одна книжка з квантової фізики». Їх багато... Але не обманюйте себе – тому що в «Поза дивним» Філіп Бол зробив щось рідкісне в моєму досвіді... це спроба не описати квантову фізику, а пояснити, чому вона така, яка вона є». ― «Попсаєнс букс»
«Якщо такий видатний фізик, як Річард Файнмен, одного разу заявив, що «ніхто не розуміє квантової механіки», то яка надія в нас, неспеціалістів? На щастя, Філіп Бол, незалежний автор (раніше працював у журналі «Нейче»), який багато опублікував з історії науки, розглядає цю тему в зручному для читача, але ретельному вступі...
Бол... ставить багато запитань, зокрема риторичних, і використовує такі слова, як «ми» і «давайте», щоб перетворити читачів на співавторів. Тон заспокійливий; він ніколи не зневажає людей, які не науковці. Натомість він запрошує їх приєднатися до дослідження цієї «нової та незнайомої логіки», згідно з якою те, що ми розуміємо та як ми щось вимірюємо, впливає на те, що ми спостерігаємо. Замінюючи «незрозумілу термінологію» доступними ідеями та рисунками, Болл робить усіх нас майбутніми фізиками». ― «Форворд рів’юз»
«Філіп Бол — один із найкращих сучасних письменників про науку... Його прозу читати одне задоволення». ― «Вол-стрит джорнел»
«Це книжка про квантову механіку, яку я хотів би написати, але дуже радий, що прочитав. Філіп Бол справді так цілком добре охоплює таємницю квантової механіки». – Джим Аль-Халілі
«Це найчіткіший і найпроникливіший опис квантових загадок, який я коли-небудь читав. Мене дивувало те, як Бол, здавалося, змушував одну таємницю зникати за іншою. Він змушує квантові таємниці зникати, не усуваючи їхньої моторошності. Блискуча та новаторська, «Поза дивним» може змінити те, як квантову механіку викладають не лише для громадськості, але й фізиків. Я підозрюю, що викладачі вступної квантової механіки десятиліттями будуть перефразувати або прямо цитувати цю книжку». – Роберт П. Кріз, співавтор книжки "Квантовий момент". Про автора
Філіп Бол – незалежний автор і телеведучий, а також був редактором журналу «Нейче» понад двадцять років. Він регулярно пише в наукових і популярних медіях та написав багато книжок про взаємодію наук, мистецтв і культури загалом, зокрема «H2O: Біографія води» та «Музичний інстинкт». Його книжка «Критична маса» отримала премію «Авентіс» за наукові книги (від Королівського товариства) 2005 року. Бол також ведучий програми «Наукові історії» (Science Stories), серій Бі-Бі-Сі Радіо 4 про історію науки. Він здобув освіту хеміка в Оксфордському університеті та фізика в Бристольському університеті. Живе в Лондоні.
Востаннє редагувалось П'ят січня 31, 2025 6:17 pm користувачем Кувалда, всього редагувалось 1 раз.
Ти хотів сказати Ліверпул?
Між послідовним переданням і [чи будь-якої іншої букви] і непослідовним [і то залежним від дуже неоднозначних критеріїв: а от я так чую, а от хтось так вимовляє тощо] варто віддавати перевагу першому варіантові.
ну ми не тільки передаємо букви, а й буквосполуки. Тож ми наперед домовляємося на кшталт i ми передаємо як і, але, скажімо німецьке ei — як ай, а не як еі чи ей. Може, бути, що передання букви залежить від її позиції. Скажімо англійського s. Ну і т.д. Але все це має бути послідовно. Тобто не повинно, скажімо, бути ДокінЗ, але ДікенС. Бо це чистої води кацапщина [тупа і нещадна до глузду]. Ну або Бордо, але не Марсо, а Марсоаукс.
Добре. Хай буде Бристол, щоб Кембриджеві не було сумно. Отже ж причепився
Як вступ...
Зіткнутися з квантом — це відчути себе мандрівником з далекого краю, який вперше натрапив на автомобіль. Очевидно, що той призначений для використання, і важливого використання, але для якого? Джон Арчібалд Вілер
Десь у [квантовій теорії] загубилася відмінність між реальністю та нашим знанням про реальність, і результат має більше характер середньовічної некромантії, ніж науки. Едвін Джейнз
Ми ніколи не повинні забувати, що «реальність» також людське слово, як і «хвиля» чи «свідомість». Наше завдання — навчитися вживати ці слова правильно — тобто однозначно й послідовно. Нільс Бор
[Квантова механіка] — це дивна суміш, яка частково описує реалії природи, частково неповну людську інформацію про природу — все це Гайзенберґ і Бор змішали в омлет, який ніхто не збагнув, як розкласти на складники. Едвін Джейнз
Можливо, найважливіша научка квантової механіки полягає в тому, що нам потрібно критично переглянути наші основні припущення про природу. Якір Агаронов та ін.
Сподіваюся, ви зможете прийняти природу такою, яка вона є, – абсурдною. Річард Файнмен
Ніхто не може сказати, що таке квантова механіка (і про це книжка)
[«Думаю, я можу упевнено сказати, що ніхто не розуміє квантової механіки».] Річард Файнмен сказав це в 1965 році. У тому ж році він був нагороджений Нобелівською премією з фізики за роботу з квантової механіки.
У разі, якщо ми не зрозуміли суті, Файнмен підкреслив це у своєму хитромудрому стилі обивателя. «Я народився, не розуміючи квантової механіки, — весело вигукнув він, — [і] я все ще не розумію квантової механіки!». І це чоловік, щойно помазаний як один із найкращих експертів у цій темі, заявляв про своє незнання її.
На що тоді сподіватися всім нам?
Слова Файнмена, що їх часто цитують, допомагають закріпити репутацію квантової механіки як одного з найнезрозуміліших і найскладніших дисциплін у всій науці. Квантова механіка стала символом «недоступної науки» так само, як ім’я Альберта Айнштайна (що зіграв ключову роль у її зародженні) позначенням наукового генія.
Файнмен явно не мав на увазі, що він не міг займатися квантовою теорією. А мав на увазі, що це все, що він міг зробити. Він міг чудово справлятися з математикою — зрештою, дещо він винайшов. Це не проблема. Звісно, немає сенсу вдавати, що математика легка, і якщо ви ніколи не розбиралися в числах, тоді кар’єра у квантовій механіці не для вас. Але не було б кар’єри і в механіці плинів, динаміці народонаселення чи економіці, які однаково незбагненні для тих, хто має труднощі з числами.
Ні, не через рівняння квантову механіку вважають такою складною. Це через ідеї. Ми просто не можемо обійти їх. Річард Файнмен також не міг.
Його невдача, як визнав Файнмен, полягала в тому, щоб зрозуміти, що говорить математика. Вона забезпечувала числа: передбачення величин, які можна було перевірити експериментально і які незмінно витримували ці перевірки. Але Файнмен не міг зрозуміти, про що насправді ці числа та рівняння: що вони говорять про «реальний світ».
Один погляд полягає в тому, що вони нічого не говорять про «реальний світ». Це просто фантастично корисна техніка, своєрідна чорна скринька, яку ми можемо дуже надійно використовувати для науки та інженерії. Інший погляд полягає в тому, що поняття «реального світу» за межами математики безглузде, і ми не повинні витрачати час на роздуми про нього. Або, можливо, ми ще не знайшли правильної математики, щоб відповідати на запитання про світ, який вона нібито описує. Або, можливо, як іноді кажуть, математика говорить нам, що «все, що може статися, стається» — хоч би що це означало.
Це книжка про те, що насправді означає квантова математика. На щастя, ми можемо дослідити це питання, не заглиблюючись у саму математику. Навіть ту мализну, що я вніс сюди, можна, якщо хочете, обережно відкласти.
Я не кажу, що ця книжка дасть вам відповідь. Ми не маємо відповіді. (Деякі люди справді мають відповідь, але лише в тому сенсі, що деякі люди мають Біблією: їхня правда ґрунтується на вірі, а не на доведенні.) Проте тепер у нас є кращі запитання, ніж тоді, коли Файнмен визнав своє невігластво, і це має велике значення.
Ми можемо сказати, що наратив квантової механіки – принаймні серед тих, хто найглибше замислюється над її значенням – змінився дивовижним чином з кінця двадцятого століття. Квантова теорія революціонізувала наше уявлення про атоми, молекули, світло та їхню взаємодію, але ця трансформація не відбулася раптово, і певною мірою вона все ще відбувається тепер. Вона почалася в ранніх 1900-х і мала придатний до роботи набір рівнянь та ідей до кінця 1920-х років. Однак лише з 1960-х років ми стали помічати те, що найфундаментальніше і найважливіше в теорії, а деякі з ключових експериментів стали здійсненними лише з 1980-х років. Деякі з них були виконані у двадцять першому столітті. Навіть сьогодні ми все ще намагаємося впоратися з центральними ідеями і все ще перевіряємо їх межі. Якщо ми справді хочемо теорії, яку добре розуміємо, а не просто такої, що добре справляється з розрахуванням чисел, тоді в нас все ще немає квантової теорії.
Ця книжка має на меті дати уявлення про нинішні найкращі припущення про те, як могла б виглядати справжня квантова теорія, якби вона існувала. Скоріше здається, що така теорія порушила б більшість з того, якщо не все, що ми сприймаємо як належне про глибоку тканину світу, який видається набагато дивнішим і складнішим місцем, ніж ми уявляли раніше. Це не місце, де застосовуються різні фізичні правила, а місце, де ми змушені переусвідомити свої уявлення про те, що ми маємо на увазі під фізичним світом і що, на нашу думку, ми робимо, коли намагаємося дізнатися про нього.
Оглядаючи ці нові перспективи, я хочу наполягати на двох речах, які виникли із сучасного ренесансу — це слово цілком виправдане — у дослідженнях основ квантової механіки.
По-перше, те, що дуже часто описують як дивність квантової фізики, не справжнє дивацтво квантового світу, а походить від наших (зрозуміло) спотворених спроб знайти картинки для візуалізації його або історії, щоб розповісти про нього. Квантова фізика кидає виклик інтуїції, але ми робимо несправедливо, називаючи цю обставину «дивною».
По-друге — і що гірше — цей троп «дивності», який так безтурботно виставляється напоказ у популярних і навіть технічних описах квантової теорії, активно приховує, а не виражає те, що в ній справді революційне.
Квантова механіка в певному сенсі зовсім не складна. Вона бентежить і дивує, і тепер можна сказати, що вона залишається когнітивно незбагненною. Але це не означає, що вона важка так само, як важко обслуговувати автомобіль чи вивчати китайську (я кажу, маючи гіркий досвід того й іншого). Багато науковців вважає теорію досить легкою для прийняття, опанування та використання.
Замість того щоб наполягати на її складності, ми могли б краще розглядати її як оманливу, що зводить з розуму, навіть забавну рукавичку, кинуту як виклик уяві.
Бо це справді те, що кидає виклик. Я підозрюю, що ми, у ширшому культурному контексті, нарешті починаємо це цінувати. Художники, письменники, поети та драматурги почали вбирати та застосовувати ідеї квантової фізики: дивіться, наприклад, такі п’єси, як «Гепгуд» Тома Стопарда та «Копенгаген» Майкла Фрейна, а також романи, такі як «Симетрії кишки» Джанет Вінтерсон та «Дружина мандрівника в часі» Одрі Ніфенеґер. Ми можемо сперечатися про те, як точно чи влучно ці автори використовують наукові ідеї, але це правильно, що мають бути образні відгуки на квантову механіку, бо цілком можливо, що лише досить широка та розкута уява зможе наблизитися до того, щоб сформулювати те, про що в ній ідеться.
Немає сумніву, що світ, описаний квантовою механікою, суперечить нашій інтуїції. Але «дивний» — не дуже корисний спосіб говорити про нього, бо цей світ — також наш світ. Тепер ми маємо досить добре, хоча й досі неповне, уявлення про те, як із квантового світу з’являється знайомий нам світ з об’єктами, що мають чітко визначені властивості та положення, які не залежать від того, як ми їх вимірюємо. Іншими словами, цей «класичний» світ – окремий випадок квантової теорії, а не щось відмінне від неї. Якщо щось заслуговує на те, щоб називатися дивним, то це ми.
Ось найпоширеніші причини називати квантову механіку дивною. Нам сказали, вона говорить, що:
• Квантові об’єкти можуть бути і хвилями, і частинками. Це корпускулярно-хвильовий дуалізм.
• Квантові об'єкти можуть одразу перебувати в більш ніж одному стані: скажімо, вони можуть бути і тут, і там. Це називається суперпозицією.
• Ви не можете одночасно знати точно дві властивості квантового об’єкта. Це Гайзенберґерів принцип невизначеності.
• Квантові об’єкти можуть миттєво впливати один на одного на величезних відстанях: так звана «моторошна дія на відстані». Це виникає внаслідок явища, яке називається заплутаністю.
• Ви не можете нічого виміряти, не порушивши його, тому людину-спостерігача не можна виключити з теорії: вона неминуче стає суб’єктивною.
• Усе, що може статися, стається. Для цього є дві окремі причини. Одна з них закорінена в (безспірній) теорії під назвою квантова електродинаміка, яку сформулювали Файнмен та інші. Інша походить від (надзвичайно спірної) «багатосвітньої (багатоісторійної) інтерпретації» квантової механіки.
Проте квантова механіка нічого з цього не говорить. Насправді квантова механіка нічого не говорить про те, «як ідуть справи». Вона говорить нам, чого очікувати, коли ми проводимо певні експерименти. Усі наведені вище твердження ніщо інше, як інтерпретації, що лежать зверху теорії. Я запитаю, якою мірою вони хороші інтерпретації (і спробую дати принаймні уявлення про те, що може означати «інтерпретація»), але я скажу прямо зараз, що жодна з них не дуже хороша інтерпретація, а деякі дуже оманливі.
Питання в тому, чи можемо ми зробити щось краще. Незалежно від відповіді, нас, безсумнівно, годують занадто обмеженим і занадто несвіжим харчем. Звичайний каталог образів, метафор і «пояснень» не тільки шаблонний, але й ризикує приховати те, як глибоко квантова механіка спантеличує наші очікування.
Зрозуміло, що це так. Ми навряд чи зможемо взагалі говорити про квантову теорію, якщо не знайдемо історій, щоб розповісти про неї: метафор, які пропонують розумову точку опори на такому слизькому ґрунті. Але надто часто ці історії та метафори помилково приймають за реальність. Причина, чому ми взагалі можемо їх висловлювати, полягає в тому, що вони сформульовані в знайомих термінах: квантові правила вписані в звичні концепції нашого повсякденного світу. Але саме там вони, здається, більше не підходять.
•
Дуже дивно, що наукова теорія взагалі потребує інтерпретації. Зазвичай у науці теорія та інтерпретація поєднуються відносно прозоро. Звісно, теорія може мати приховані сенси, які не очевидні та потребують пояснення, але базове значення очевидне відразу.
Візьмімо теорію Чарлза Дарвіна про еволюцію шляхом природного добору. Об’єкти, яких вона стосується, – організми та види – відносно визначені (хоча насправді їх дещо складно визначити чітко), і зрозуміло, що теорія говорить про те, як вони еволюціонують. Ця еволюція залежить від двох складників: випадкових успадкованих мутацій рис; і конкуренції за обмежені ресурси, яка дає репродуктивну перевагу особам з певними варіантами риси.
Те, як ця ідея виконується на практиці – як вона перекладається на генетичному рівні, як на неї впливають різні розміри популяції чи різні рівні мутацій тощо – справді досить складне, і навіть тепер не все це повністю розроблено. Але нам не важко зрозуміти, що означає ця теорія. Ми можемо записати складники та наслідки теорії повсякденними словами, і більше нічого не потрібно говорити.
Файнмен, здавалося, відчував, що неможливо і навіть безглуздо намагатися щось порівнювати з квантовою механікою:
Ми не можемо вдавати, що розуміємо її, бо вона ображає всі наші здорові уявлення. Найкраще, що ми можемо зробити, це описати те, що відбувається в математиці, в рівняннях, а це дуже важко. Ще важче спробувати вирішити, що означають рівняння. Це найважче з усього.
Більшість користувачів не надто турбується через ці головокрутки. За словами фізика Дейвіда Мерміна з Корнельського університету, вони «мовчать і рахують» [Звично, але помилково вважають, що це сказав Файнмен. Це переконання було таке поширене, що в один момент навіть Мермін став побоюватися, що його шпилька могла насправді несвідомо відлунювати Файнмена. Але, як ми побачимо, Файнмен був не єдиний фізик, що мав низку ущипливих квантових афоризмів.] Протягом багатьох десятиліть квантову теорію вважали насамперед математичним описом феноменальної точності та надійності, здатним пояснити форми та поведінку молекул, роботу електронних транзисторів, кольори природи та закони оптики, а також багато іншого. Її зазвичай описують як «теорію атомного світу»: опис того, який світ у найдрібніших масштабах, до яких ми можемо дістати доступ за допомогою мікроскопів.
Розмови про інтерпретацію квантової механіки були, з іншого боку, салонною грою, підхожою лише для грандів на схилку кар’єри або пустих дискусій за пивом. Або ще гірше: лише кілька десятиліть тому вияв серйозного інтересу до цієї теми міг бути рівносильним кар’єрному самогубству для молодого фізика. Лише жменька науковців і філософів, ідіосинкратично, якщо не просто примхливо, наполягала на тому, щоб турбуватися про відповідь. Багато дослідників знизувало б плечима або закочувало б очі, коли з’являлося «значення» квантової механіки; деякі досі це роблять. «Ах, все одно цього ніхто не розуміє!»
Як це відрізняється від ставлення Альберта Айнштайна, Нільса Бора та їхніх сучасників, для яких боротьба з очевидною дивовижністю теорії стала майже нав’язливою ідеєю. Для них сенс мав величезне значення. У 1998 році американський фізик Джон Вілер, піонер сучасної квантової теорії, поскаржився на втрату «безнадійної загадки», яка витала в повітрі в 1930-х роках. «Я хочу відновити це відчуття для всіх, навіть якщо це моя остання дія на Землі», — сказав Вілер.
Можливо, Вілер справді справив чималий вплив на те, щоб ця девіантна тенденція знову стала допустимою, навіть модною. Обговорення варіантів, інтерпретацій і значень, можливо, більше не має залишатися питанням особистих уподобань чи абстрактного філософствування, і якщо ми не можемо сказати, що означає квантова механіка, то тепер можемо принаймні сказати чіткіше й точніше, що вона не означає.
Це повторне залучення до «квантового сенсу» відбувається частково тому, що тепер ми можемо проводити експерименти, щоб досліджувати фундаментальні проблеми, що їх раніше висловлювали як просто уявні експерименти та вважали на межі метафізики: спосіб мислення, який, на краще чи гірше, багато науковців зневажають. Тепер ми можемо перевіряти квантові парадокси та головокрутки, зокрема найвідомішу з них, кота Шредінґера.
Ці експерименти одні з найгеніальніших з будь-коли створених. Часто їх можна виконувати на настільному комп’ютері за допомогою відносно недорогого обладнання — лазерів, лінз, дзеркал — і все ж це надзвичайні досягнення, які можна порівняти з будь-чим у сфері Великої Науки. Вони передбачають захоплення та маніпулювання атомами, електронами чи пакетами світла, можливо, по одному за раз, і піддавання їх найточнішому дослідженню. Деякі експерименти проводять у відкритому космосі, щоб уникнути ускладнень, пов’язаних із гравітацією. Деякі зроблені за температур, нижчих, ніж у порожнечі між зорями. Вони можуть створювати абсолютно нові стани матерії. Вони уможливлюють своєрідну «телепортацію»; вони кидають виклик поглядові Вернера Гайзенберґа на невизначеність; вони припускають, що причиновість може текти як вперед, так і назад у часі або бути повністю зашифрованою. Вони починають знімати завісу й показувати нам, що криється за м’яко заспокійливими, але водночас мінливими рівняннями квантової механіки, якщо взагалі хоч щось криється.
Такі роботи вже отримують Нобелівські премії, і отримають ще більше. Понад усе це говорить нам дуже ясно: позірні дивності, парадокси та загадки квантової механіки реальні. Ми не можемо сподіватися зрозуміти, як влаштований світ, якщо не впораємося з ними.
Мабуть, найзахопливіше те, що тепер ми можемо проводити експерименти, які використовують квантові ефекти, щоб уможливити те, що здається неможливим, можемо застосувати ці трюки на практиці. Ми винаходимо квантові технології, які можуть маніпулювати інформацією безпрецедентними способами, передавати захищену інформацію, яку не зможуть таємно прочитати перехоплювачі, або виконувати обчислення, які далеко за межами можливостей звичайних комп’ютерів. Таким способом більше, ніж будь-яким іншим, незабаром усім нам доведеться зіткнутися з тим фактом, що квантова механіка — це не якась дивина, похована у віддалених, невидних аспектах світу, а наш найкращий шанс розкрити закони природи з наслідками, які відбуваються прямо перед нами.
Ця робота над фундаментальними аспектами квантової теорії за останні десятиліття-два найбільше показала те, що це не теорія частинок і хвиль, дискретності, невизначеності чи нечіткості. Це теорія про інформацію. Ця нова перспектива дає теорії набагато глибший вид, ніж картини «речей, які поводяться дивно». Здається, що квантова механіка стосується того, що ми можемо розумно назвати поглядом на реальність. Навіть більше, ніж питання про те, «що можна, а що не можна знати», вона ставить питання про те, як може виглядати теорія пізнаванності.
Я не маю наміру приховувати від вас, що ця картина не розкриває, як квантова механіка кидає виклик нашій інтуїції. Здається, ніщо не може цього зробити. А розмови про «квантову інформацію» створюють свої проблеми, бо виникають питання про те, що це за інформація – або про що вона, адже інформація – це не якась річ, на що можна вказати, як на яблуко чи навіть (у деяких випадках) на атом. Коли ми використовуємо слово «інформація» в повсякденному вжитку, воно пов’язане з міркуваннями про мову та значення, а отже і про контекст. У фізиків є означення інформації, яке не відповідає цьому вжиткові – наприклад, вона найбільша, коли найвипадковіша – і є складні питання щодо того, як у квантовій механіці таке неясне означення зачіпає критичне питання про те, що ми знаємо. Тому ми не маємо всіх відповідей. Але в нас є кращі питання, і це певний прогрес.
•
Ви бачите, що я вже намагаюся знайти мову, яка годиться для розмов про ці речі. Це нормально, і вам доведеться до цього звикнути. Так і має бути. Коли слова даються надто легко, це тому, що ми не вдавалися достатньо глибоко (ви побачите, що науковці також можуть бути винні в цьому). «Ми зависли в мові, — сказав Бор, який думав про квантову механіку глибше, ніж будь-хто з його сучасників, — так, що ми не можемо сказати, що вгорі, а що внизу».
Це майже жарт, що популярні пояснення квантової механіки рясніють твердженнями на кшталт «Це не ідеальна аналогія, але...». Далі зазвичай іде унаочнення з мармуром, повітряними кульками, цегляними стінами тощо. Для педанта найлегше у світі сказати: «О, насправді все зовсім не так». Це не мій намір. Такий продуманий прозаїчний образ часто хороше місце для початку подорожі, і я іноді сам до нього вдаюся. Іноді така недосконала аналогія — це все, чого можна розсудливо очікувати, не вдаючись до детальних математичних викладів, і навіть фахівцям іноді доводиться брати до уваги такі картини, якщо вони не готові капітулювати перед чистою абстракцією. Річард Файнмен так і зробив, і для мене цього достатньо.
Однак лише тоді, коли відмовимося від цих розумових милиць, ми зможемо зрозуміти, чому нам потрібно серйозніше ставитися до квантової механіки. Я не маю на увазі, що нам усім слід страшенно серйозно до неї ставитися (Файнмен не ставився), але нам слід бути готовими до того, що ми маємо бути набагато неспокійнішими щодо неї. Я ледве подряпав поверхню, і мені неспокійно. Бор, знову ж, розумів це. Одного разу він виступив із доповіддю про квантову механіку перед групою філософів і був розчарований і засмучений тим, що вони сиділи й покірно прийняли те, що він сказав, замість того, щоб палко протестувати. «Якщо людина не відчуває запаморочення, коли вона вперше дізнається про квант дії [тобто квантову теорію], — сказав Бор, — вона не зрозуміла жодного слова».
Я пропоную не перейматися нам тим, що означає квантова теорія. Я не маю на увазі, щоб ми не цікавилися – це дивно, але статті про виверти квантової теорії в науково-популярних журналах і на форумах майже завжди одні з найчитаніших, і є сила доступних книжок на цю тему [Багато з них чудові, але навряд чи ви зможете зробити краще, ніж почати з нової книжки Джима Аль-Халілі із серії «Сонечковий експерт» (Ladybird Expert) «Квантова механіка».] То навіщо скаржитися, що ми недостатньо переймаємося?
Бо це питання часто видається «не нашою проблемою». Читання квантової теорії часто схоже на читво про антропологію: воно розповідає про далеку країну, де дивні звичаї. Ми досить спокійно ставимося до того, як поводиться наш світ; а ось цей інший "чудний".
Однак це так само обмежено, якщо не образливо, як коли б я стверджував, що звичаї племені Нової Гвінеї «чудні», бо вони не мої. Крім того, це недооцінює квантову механіку. По-перше, що більше ми розуміємо її, то більше усвідомлюємо, що наш звичний світ не відмінний від неї, а її наслідок. Ба більше, якщо існує «фундаментальніша» теорія, яка лежить в основі квантової механіки, схоже, що вона повинна буде зберегти основні особливості, через які квантовий світ виглядає таким дивним для нас, поширюючи їх на нові режими часу та простору. Він, імовірно, квантовий до кінця.
Квантова фізика має на увазі, що світ зовсім інакший, ніж звичайне уявлення про частинки, що стають атомами, що стають зорями та планетами. Все це відбувається, безумовно, але фундаментальна тканина, з якої він виник, керується правилами, що не піддаються традиційним описам. Ще одне квантовим кліше – припущення, що ці правила підривають наші уявлення про те, «що реальне», але це принаймні кліше, на яке варто глянути свіжим оком. Фізик Ленард Саскінд не перебільшує, коли каже, що «приймаючи квантову механіку, ми купуємося на погляд на реальність, який радикально відрізняється від класичного».
Зверніть увагу: інакший погляд на реальність, а не інакший вид фізики. Якщо інакша фізика — це «все», що вам потрібно, ви можете звернутися (скажімо) до Айнштайнових спеціальної та загальної теорій відносності, згідно з якими рух і гравітація сповільнюють час і згинають простір. Це нелегко уявити, але я вважаю, що вам вдасться. Вам просто потрібно уявити, як час плине повільніше, відстані коротшають: викривлення вашої координатної сітки. Ви можете виразити ці ідеї словами. У квантовій теорії слова – це тупі інструменти. Ми даємо назви речам і процесам, але це лише ярлики для понять, які неможливо належно, точно виразити будь-якими іншими термінами, крім їхніх власних.
Отже, інакший погляд на реальність: якщо ми серйозно ставимося до цього, нам знадобиться трохи філософії. Багато науковців, як і багато хто з нас, дотримується, здавалося б, прагматичного, але досить наївного погляду на «реальність»: це лише те, що ми можемо побачити, доторкнутися та на що впливати. Але філософи — від Платона й Арістотеля до Г’юма, Канта, Гайдеґера й Вітґенштайна — давно визнали, що ми сприймаємо дуже багато речей як належне, і що нам справді слід запитувати уважніше. Спроби інтерпретувати квантову механіку вимагають такого запитання, а отже змушують науку серйозно поставитися до деяких питань, які філософи обговорювали глибоко й тонко протягом тисячоліть: Що є реальне? Що таке знання? Що таке існування? Науковці часто схильні відповідати на такі запитання з джонсонівським нетерпінням, наче це або самоочевидне, або марна софістика. Але очевидно це не так, і деякі квантові фізики тепер із задоволенням розглядають те, що філософи мали і мають сказати про них. І сфера «квантових основ» для цього підходить якнайкраще.
•
Чи ми, однак, приречені бути назавжди «завислими в мові», як казав Бор, не знаючи, де верх, де низ? Деякі дослідники оптимістично думають, що, навпаки, врешті-решт стане можливо виразити квантову теорію в термінах, як сказав один із них, «набору простих і фізично інтуїтивних принципів і переконливої історії на додачу». Вілер якось стверджував, що якщо ми справді зрозуміли центральне положення квантової теорії, то повинні бути в змозі висловити його одним простим реченням.
Проте немає жодної гарантії та навіть великої ймовірності того, що майбутні експерименти усунуть усі протиінтуїтивні аспекти квантової теорії та відкриють щось таке конкретне, «розумне» та задовільне, як класична фізика старого зразка. Справді, цілком можливо, що ми ніколи не зможемо сказати, що «означає» квантова теорія.
Я обережно сформулював це речення. Не зовсім (або обов’язково), що ніхто не знатиме, що означає ця теорія. Швидше, ми можемо виявити, що наші слова та поняття, наші вкорінені моделі пізнання не підходять для того, щоб сформулювати значення, гідне цієї назви. Дейвід Мермін влучно висловив це, описуючи, як багато квантових фізиків ставиться до самого Нільса Бора, який набув репутації гуру з квазімістичним розумінням, що змушує фізиків навіть тепер вдивлятися в його шалено загадкові слова. «У мене з’являлися спорадичні спалахи відчуття, що я, можливо, справді починаю розуміти, про що говорив Бор», — писав Мермін:
Іноді відчуття зберігаються протягом багатьох хвилин.
Це трохи схоже на релігійний досвід, і мене справді хвилює те, що якщо я на правильному шляху, то днями, можливо, зовсім скоро, уся справа раптом стане для мене очевидною, і відтоді я знатиму, що Бор мав рацію, але не міг нікому пояснити чому.
Тоді може бути, що все, що ми можемо зробити, це замовкнути й прорахувати, а решту відкинути як справу смаку. Але я думаю, що ми можемо зробити краще, і до цього ми повинні принаймні прагнути. Можливо, квантова механіка підштовхує нас до меж того, що ми можемо знати та розуміти. Тоді подивімося, чи зможемо ми трохи відступити.
Востаннє редагувалось Сер травня 28, 2025 4:37 pm користувачем Кувалда, всього редагувалось 1 раз.
