Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания - [2]

Шрёдингер, эмигрировавший в 1940-х годах из оккупированной Австрии в Ирландию, как и Эйнштейн, не признавал общепринятую в то время интерпретацию квантовой механики и видел в Эйнштейне союзника. Эйнштейн также почувствовал в Шрёдингере родственную душу. После обмена идеями об объединении сил природы Шрёдингер неожиданно объявил о достигнутом им успехе, чем привлек к себе всеобщий интерес. В результате между ним и Эйнштейном произошел раскол.

Вы наверняка слышали о коте Шрёдингера — мысленном эксперименте, благодаря которому общественность так хорошо знает его автора. Но в то время, когда все случилось, об этом кошачьем парадоксе и его авторе знали только физики. Пресса представляла Шрёдингера просто амбициозным ученым, живущим в Дублине, который, возможно, превзошел самого Эйнштейна и нанес тому сокрушительный удар под дых.

Основным поставщиком информации была газета Irish Press, из которой общественность и узнала о головоломке Шрёдингера. Шрёдингер прислал в газету увесистый пресс-релиз с описанием своей новой «теории всего», в котором нескромно ставил свои открытия на один уровень с достижениями древнегреческого философа Демокрита (автора термина «атом»), древнеримского поэта Лукреция, французского философа Декарта, Спинозы и даже самого Эйнштейна. «Ученому не пристало рекламировать собственные достижения, — заявил газетчикам Шрёдингер, — но раз того хочет пресса, я предоставлю ей необходимые материалы»^{1}.

New York Times преподнесла эту новость как конфликт между бунтарским оригинальным методом и стагнацией во влиятельных физических кругах. «Нам неизвестно, как Шрёдингеру это удалось», — говорилось в статье^{2}.

На какой-то момент показалось, что практически никому не известному венскому физику удалось превзойти великого Эйнштейна и создать теорию, объясняющую все во Вселенной. «Возможно, — думали оторопевшие читатели, — настало время познакомиться со Шрёдингером поближе».

Страшная загадка

Сегодня при упоминании имени Шрёдингера в памяти сразу всплывают кот, ящик и парадокс. Его знаменитый мысленный эксперимент, опубликованный в 1935 году в рамках работы «Текущая ситуация в квантовой механике», представляется одним из самых жестоких в истории науки. Впервые услышав о нем, люди сначала ужасаются и тут же испытывают громадное облегчение, узнавая, что эксперимент — гипотетический и никогда не проводился на живом коте.

Шрёдингер предложил этот мысленный эксперимент в 1935 году в работе, посвященной исследованию феномена квантовой запутанности в физике. Квантовая запутанность (термин, введенный Шрёдингером) — это ситуация, когда две или несколько частиц описываются одним квантовым состоянием, то есть если что-то происходит с одной из частиц, это одновременно затрагивает и все остальные частицы.

Частично вдохновленная диалогом с Эйнштейном, загадка кота Шрёдингера проверяет на прочность принципы квантовой физики, предлагая нам представить судьбу кота, состояние которого запутано с состоянием частицы. Кот заперт в ящике, в котором находятся атом радиоактивного вещества, счетчик Гейгера и герметичный сосуд с ядом. Ящик закрыт на такой интервал времени, по истечении которого атом с вероятностью 50% может распасться с испусканием частицы. Аппарат сконструирован таким образом, что если счетчик Гейгера зарегистрирует порожденную в результате распада частицу, то сосуд с ядом разобьется и кот погибнет. Однако если распада не произойдет, то кот не пострадает.

Как отмечает Шрёдингер, согласно правилам измерений в квантовой механике, пока ящик закрыт, состояние кота (мертвый или живой) будет запутано с состоянием радиоактивного атома, распад которого фиксирует счетчик Гейгера. Таким образом, кот оказывается в состоянии квантовой суперпозиции подобно зомби (и живой и мертвый одновременно) до тех пор, пока не сработает таймер, исследователь не откроет коробку и не произойдет редукция запутанного квантового состояния кота и счетчика в какое-нибудь одно из возможных состояний.

С конца 1930-х до начала 1960-х годов этот мысленный эксперимент редко упоминался, разве что на лекциях по физике в качестве анекдота. К примеру, профессор Колумбийского университета и нобелевский лауреат Т. Д. Ли рассказывал о нем своим студентам, демонстрируя им странную природу редукции волновой функции^{3}. В 1963 году физик Принстонского университета Юджин Вигнер упомянул мысленный эксперимент в своей работе о квантовых измерениях, а также расширил его до более общего случая, известного теперь как парадокс друга Вигнера.

Знаменитый философ Гарвардского университета Хилари Патнэм, узнавший об этой загадке от своих коллег-физиков, был одним из первых мыслителей не из мира физики, кто попытался проанализировать мысленный эксперимент Шрёдингера^{4}. Свои выводы он привел в классической статье 1965 года «Взгляд философа на квантовую механику», ставшей впоследствии одной из глав его книги. Когда в том же году об этой работе написали в книжном обзоре журнала Scientific American, термин «кот Шрёдингера» стал широко известен в научно-популярной литературе. Спустя десятилетия он вошел в культуру как символ неоднозначности и не раз упоминался в рассказах, эссе и даже стихах.