Кошка Шрёдингера между жизнью и смертью

Придумывая свою кошку, Эрвин Шрёдингер вряд ли предполагал, что она станет настоящей бомбой. Фото: Wikimedia

Если бы кошка Шрёдингера существовала на самом деле, придумавшего ее физика поставили бы к стенке защитники животных – за изощренное издевательство над зверем, пусть и во имя науки.

Ученые напали на след таинственного бозона Хиггса, ускользающей частицы, без которой современный мир вроде и не объяснишь, незадолго до знаменательной даты. 125 лет назад, 15 августа 1887 года, родился человек, который не побоялся поставить под сомнение основу основ современной физики – и придумал для этого образ, который въелся в общественное сознание надолго. Так появилась на свет бессмертная во всех смыслах слова кошка Шрёдингера.

 Размазывать живого и мертвого кота

 В середине 1930-х годов физики пребывали в растерянности. Нужно было либо менять что-то в фундаменте науки, либо признавать, что мир совсем не таков, каким мы его себе представляем. Более того: каков он на самом деле – мы представить себе попросту не можем.

Если коротко, квантовая механика давала на выходе странный результат: невозможно было сказать, в каком состоянии пребывает ядро радиоактивного вещества в момент, когда мы за ним не наблюдаем, – распавшемся или нераспавшемся. Формулы предлагали «квантовую суперпозицию»: с какой-то вероятностью ядро распалось, с какой-то – остается целым. С точки зрения классической физики (и здравого смысла), квантовая суперпозиция была невозможна – получалось, что весь мир живет на пороховой бочке, которая отчего-то не взрывается.

 В итоге физики разделились: одни считали, что проблема кроется в теории, другие – что реальность и правда неустойчивее, чем можно надеяться. К первому лагерю примыкал сам Эйнштейн. Вместе с ассистентом Натаном Розеном и эмигрировавшим в США русским физиком Борисом Подольским он выпустил в 1935 году статью под красноречивым названием «Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?». Подразумевалось, что нельзя.

 В том же году к Эйнштейну примкнул Эрвин Шрёдингер. В статье «Современное состояние квантовой механики» он, недолго думая, высмеял квантовую суперпозицию, поставив простой мысленный эксперимент: «Некая кошка заперта в стальной камере вместе с адской машиной: внутри счетчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, такое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если атом распадется, срабатывает реле – и молот разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить эту систему самой себе, можно сказать, что кошка будет жива по истечении часа, если распада атома не произойдет. Первый же распад атома кошку отравит. Пси-функция системы будет размазывать живого и мертвого кота (простите за выражение) в равных долях».

 Австриец против датчан

 Проще говоря, по прошествии часа мы не будем знать, жив или мертв зверь в ящике, потому что не знаем, распался атом или нет. Не заглядывая в стальную камеру и руководствуясь лишь теорией, мы сможем сказать лишь, что кошка жива (и мертва) с какой-то вероятностью. Казалось бы, любому разумному человеку ясно, что это глупость: на деле колба с кислотой либо разбита, либо не разбита, и кошка либо жива, либо мертва. Никакого третьего состояния у нее быть не может. Где-то между микромиром и макромиром неопределенность преобразуется в определенность, а значит, ядро либо точно распалось, либо точно не распалось, что бы ни говорили по этому поводу формулы.

 Нобелевскому лауреату Эрвину Шрёдингеру казалось, что его остроумный мысленный эксперимент расставляет все точки над i. Само по себе это вовсе не означало, что представление о волновой функции в корне неверно, просто физики должны были задуматься над тем, как дополнить теорию, чтобы воображаемая кошка перестала наконец болтаться между жизнью и смертью. Когда именно можно сказать, что кошка точно жива – или точно сдохла? Увы, австрийский физик переоценил здравомыслие коллег. Эйнштейн и его единомышленники проиграли «копенгагенской интерпретации», предложенной датчанином Нильсом Бором и его учениками. На вопрос «когда?» Нильс Бор предложил отвечать так: в момент, когда мы можем применить к эксперименту законы классической физики. Пока мы не видим кошку, нам не остается ничего, кроме как считать, что судьба бедной кошки неизвестна, потому что мы не знаем, распался атом или нет.

 Эйнштейна копенгагенская интерпретация сильно огорчила. В 1950 году он в письме Шрёдингеру писал: «Вы – единственный современный физик, кроме Лауэ, который видит, что если мы честны с собой, нам невозможно обойти реальность. Большинство попросту не понимает, какую рискованную игру оно ведет с реальностью, которая не зависит от того, что установлено нашими экспериментами. Вы, однако, самым элегантным образом разбили их аргументы в пух и прах своим мысленным опытом – радиоактивный атом, реле, пороховой заряд, кошка в коробке... Никто не может сомневаться в том, что наличие или отсутствие живой кошки в коробке не зависит от наблюдателя».

 Когда я слышу про эту кошку...

 Как можно видеть, к этому времени кошка Шрёдингера претерпела некоторую эволюцию: срабатывающий от реле пистолет представить себе куда легче, чем колбу с синильной кислотой. Физики пытались интерпретировать кошку по-разному. Самая необычная и популярная среди фантастов трактовка – это «многомирная теория» Хью Эверетта, предложенная им в диссертации 1957 года. Если верить Эверетту, каждое событие, которое определяется как вероятное, становится для вселенной своего рода развилкой. В этой развилке реальность делится надвое, практически как амеба. В ходе эксперимента с кошкой Шрёдингера образуются две параллельные вселенные: в одной из них кошка остается жива, в другой умрет. В какой вселенной находимся мы с вами – станет ясно после того, как камера откроется и мы обнаружим там живую мурку либо ее труп.

 К концу XX века кошка Шрёдингера стала притчей во языцех, и физики предпочитали от нее отмахиваться – ну или отшучиваться. Знаменитый Стивен Хокинг как-то сказал: «Когда я слышу про эту кошку, моя рука тянется  к пистолету!» (отсылка к фразе нацистского драматурга Ганса Йоста: «Когда я слышу слово “культура”, я снимаю с предохранителя браунинг»). Возможно, Хокинг намекнул на мысленный эксперимент космолога Макса Тегмарка, предложившего простое решение парадокса: если на место кошки посадить самого наблюдателя, он-то точно будет знать, жив он или уже умер.

 Издевается над физиками и фантаст Нил Гейман, у которого в романе «Американские боги» есть такой пассаж: «Где-нибудь в мире есть такая коробка, в которой сидит кошка, а эта кошка разом и живая, и дохлая – хотя если они не будут открывать эту коробку, чтобы кошку кормить, в результате получится два вида дохлой кошки». О том, насколько прочно зверь вошел в мировую культуру, можно судить по тому, чтó в разгар предвыборных дебатов в США один из сайтов написал о республиканском кандидате Митте Ромни. Когда возник скандал вокруг компании BainCapital, тот стал «путаться в показаниях», утверждая, что и управлял фирмой, и не управлял ею, «что превращает Ромни в кошку Шрёдингера большого бизнеса...»