Размышление о квантовой теории – рецензия на книгу "Гельголанд" Карло Ровелли

Опытный рассказчик размышляет о гении Вернера Гейзенберга, который разработал теорию, объясняющую эволюцию звёзд и делающую возможными компьютеры.

Вот два вида гениев, утверждал знаменитый математик Марк Кац. Существует "обычный" вид, которому мы могли бы подражать, если бы только были намного умнее, чем мы есть на самом деле, потому что нет никакой тайны в том, как работает их ум. После того, как мы поняли, что они сделали, мы считаем (возможно, глупо), что мы могли бы сделать это тоже.

Когда дело доходит до второго рода гения, "мага", даже после того, как мы поняли, что было сделано, процесс, с помощью которого это было сделано, остаётся навсегда загадкой.

Вернер Гейзенберг определённо был магом, который заставил появиться как по волшебству некоторые из самых замечательных прозрений о природе реальности. Карло Ровелли рассказывает о первом магическом действии, совершенном Гейзенбергом во время открытия "Гельголанда", о его удивительно широкомасштабной новой медитации о квантовой теории.

Ровелли использовал названия скалистого, бесплодного, продуваемого всеми ветрами острова в Северном море, куда 23-летний немецкий физик бежал в июне 1925 года, чтобы оправиться от тяжёлого приступа сенной лихорадки и нуждаясь в одиночестве, для размышлений. Именно в течение этих нескольких дней на острове (также называемом Гельголандом), завершая вычисления за вычислениями, Гейзенберг сделал открытие, от которого у него закружилась голова, он был потрясен и не мог заснуть.

С лёгкостью опытного рассказчика Ровелли повествует, как Гейзенберг боролся с внутренним устройством квантового атома, в котором электроны движутся вокруг ядра только по определённым орбитам, на определённых расстояниях, с определённой точной энергией, прежде чем волшебным образом "перепрыгнуть" с одной орбиты на другую.

Среди нерешённых вопросов, над которыми он бился на Гельголанде, были: почему только эти орбиты? Почему только определённые орбитальные прыжки?

Пытаясь преодолеть неспособность существующих формул воспроизвести интенсивность свечения, испускаемого электроном, прыгающим между орбитами, Гейзенберг сделал свой собственный поразительный скачок. Он решил сосредоточиться только на тех величинах, которые наблюдаемы – свечение, которое излучает атом, при переходе электрона. Это была странная идея, но та, которая, как указывает Ровелли, позволила объяснить все упрямые факты и разработать математически последовательную теорию атомного мира.

При всей своей странности квантовая теория объясняет функционирование атомов, эволюцию звёзд, образование галактик, первобытную вселенную и всю химию. Хотя ни один эксперимент не обнаружил в ней недостатка, квантовая теория остается более чем тревожной, поскольку бросает вызов идеям, которые мы долгое время считали само собой разумеющимися.

Одним из самых известных контринтуитивных открытий, возможно, был величайший акт квантовой "магии" Гейзенберга. Принцип неопределённости запрещает в любой данный момент точное определение как положения, так и импульса частицы. Можно точно измерить либо где находится частица, либо как быстро она движется, но не то и другое одновременно.

В квантовом танце компромиссов чем точнее измеряется одно, тем менее точно можно предсказать другое. Принцип неопределённости Гейзенберга обусловлен не технологическими недостатками оборудования, а глубокой основополагающей истиной природы вещей.

По мнению некоторых, включая Гейзенберга, нет квантовой реальности за пределами того, что открывается экспериментом, актом наблюдения. Взять хотя бы знаменитого мифического кота Эрвина Шредингера запертого в коробке с флаконом яда. Утверждается, что кот не мёртв и не жив, а находится в призрачной комбинация или суперпозиции состояний, которые варьируются от полностью мёртвого до полностью живого и всех мыслимых комбинаций между ними, пока ящик не будет открыт. Именно этот акт наблюдения, открытие ящика, и решает судьбу кота.

Кто-то возразил бы, что кошка жива или мертва, и чтобы узнать это, достаточно было заглянуть в ящик. Однако в популярной среди физиков "многомировой" интерпретации квантовой теории каждый возможный результат квантового эксперимента действительно существует. Кот Шредингера жив в одной вселенной и мёртв в другой.

Учитывая судьбу кота Шредингера и идею Гейзенберга о том, что квантовая теория описывает только наблюдения, Ровелли неизбежно задает каверзные вопросы: что такое наблюдение? Что такое наблюдатель?

Автор признает, что не является невинным сторонним наблюдателем; у него есть собственные убеждения, когда дело доходит до попыток понять квантовую природу реальности. Он является сторонником "реляционной" интерпретации, которая утверждает, что квантовая теория не описывает способ, которым квантовые объекты проявляют себя "наблюдателям", но описывает, как каждый физический объект проявляет себя любому другому физическому объекту. Мир, который мы наблюдаем, непрерывно взаимодействует; его лучше понимать как сеть взаимодействий и отношений, а не как объекты.

Отдельные объекты обобщаются исходя из способа их взаимодействия. Если бы существовал объект, который не взаимодействовал бы ни с чем, ни на что не влиял, он был бы так же хорош, как и несуществующий. Когда электрон ни с чем не взаимодействует, утверждает Ровелли, он не обладает физическими свойствами. У него нет положения; у него нет скорости.

Если все это было недостаточно сложно, Ровелли показывает, что он не боится смешивать квантовую физику и восточную философию, что другие делали в прошлом с небольшим успехом и с определёнными суждениями.

У него есть поддержка в виде одного из самых важных текстов буддизма, "МУЛА-МАДХЬЯМАКА-КАРИКА" (санскр. Mula-madhyamakakärikäh – Коренные строфы о Срединности). Его главный аргумент, написанный во втором веке индийским философом Нагарджуной, сводится к тому, что нет ничего, что существовало бы само по себе, независимо от чего-то другого.

Эта перспектива, по мнению Ровелли, облегчает размышления о квантовом мире.

Возможно, он прав, но слова Нильса Бора всё ещё приходят на ум: " Тот, кто не был потрясен при первом знакомстве с квантовой теорией, скорее всего, просто ничего не понял."

источник https://www.theguardian.com/books/2021/mar/26/helgoland-by-carlo-rovelli-review-a-meditation-on-quantum-theory

редактура и адаптация Дмитрий Бобров