Относительно новая трактовка квантовой механики требует от нас переосмысления самого процесса науки.
Квантовая механика, самая мощная теория, разработанная физиками, не имеет смысла. В том смысле, что квантовая механика, разработанная для описания микромира молекул, атомов и субатомных частиц, оставляет своих пользователей без здравого представления о том, что она описывает. Полная парадоксов и загадок, квантовая физика требует для большинства ученых интерпретации: способа осмысления ее математического формализма в терминах конкретного описания того, что существует в мире и как мы с ним взаимодействуем. К сожалению, спустя столетие была предложена не одна, а целая корзина “квантовых интерпретаций”. Какая из них верна? Какая из них наиболее четко понимает то, о чем квантовая физика пыталась рассказать нам последние 100 лет?
В свете этих вопросов рассмотрим наиболее радикальную из всех квантовых интерпретаций, ту, которая кажется правильной или, по крайней мере, направлена в нужную сторону. Эта интерпретация – относительный новичок на сцене, поэтому вы, возможно, о ней не слышали. Но в последнее время она привлекает к себе большое внимание, поскольку не просто предлагает нам переосмыслить наше отношение к науке об атомах, но и переосмыслить сам процесс науки.
Добро пожаловать в мир “Кьюбизма”
Термин “Кьюбизм” – “QBism” был сокращением от “Квантовое байесианство“, когда эта идея/теория/интерпретация была впервые предложена в конце 1990-х – начале 2000-х годов. Название попало в точку, поскольку “байесианство” – это радикальный способ интерпретации вероятностей. Байесовский подход к тому, что мы понимаем под вероятностью, сильно отличается от того, что вам рассказывали о подкидывании монет и бросании игральных костей и о том, как часто можно ожидать появления того или иного результата. Поскольку вероятности лежат в основе квантовой механики, байесовский подход позволил обратить внимание на ключевой аспект квантового формализма – тот, который другие интерпретации упускали или замалчивали, – поскольку он сфокусирован на том, как мы интерпретируем вероятности.
Наиболее радикальным отходом квантовой физики от ее предшественницы классической физики является ее отношение к так называемому “состоянию”. Для наглядности представим себе частицу материи. Классически под состоянием частицы понимается ее положение и импульс (думаем, “скорость”). В классической физике мы также имеем “динамические” уравнения, такие как законы Ньютона, которые описывают, как положение и импульс частицы (состояние) изменяются со временем.
С этой точки зрения состояние рассматривается как свойство, которым частица обладает независимо от чего-либо другого (например, от человека, производящего измерения на частице). Свойства являются самосуществующими и “объективными”. Кроме того, классическая физика утверждает, что частицы в любой момент времени могут иметь ровно одно состояние, и только динамическое уравнение задает, как это состояние меняется. Объективные состояния и правило динамических уравнений – вот что такое классическая физика.
Однако в квантовой механике все обстоит совершенно иначе. Квантовые состояния могут быть “наложенными”, то есть частица может одновременно иметь множество значений положения и импульса (как чашка кофе, находящаяся одновременно во многих местах). Хуже того, квантовомеханическое динамическое уравнение (называемое уравнением Шредингера) не описывает частицу на протяжении всего времени. Напротив, именно в тот момент, когда производится измерение, уравнение Шредингера не работает. В этот момент состояние определяется не через детерминированное динамическое уравнение, а через так называемое правило Борна и его спецификации вероятностей для различных исходов в состоянии суперпозиции.
Многие квантовые интерпретации в ужасе отшатнулись от этой ситуации. Их цель – попытаться сохранить классическую точку зрения, в которой уравнения физики подобны “мыслям в голове Бога”. Эти интерпретации придерживаются онтологического взгляда на квантовое состояние, включая его суперпозиции. Квантовое состояние действительно реально. Оно находится “где-то там”, как реальная вещь в реальном мире, независимо от нас.
Однако, учитывая суперпозиции, за такую онтологическую приверженность приходится платить: во Вселенную добавляются вещи, для которых нет никаких доказательств, например, параллельные вселенные, расщепляющиеся каждый раз, когда производится квантовое измерение. Параллельные вселенные – это звучит круто для научно-фантастических фильмов, но на самом деле это экстравагантная цена, которую приходится платить за то, что мы придерживаемся метафизических предпочтений классической физики.
Радикальный вывод
Кьюбизм занимает совершенно иную позицию. Он рассматривает изменения, на которые были вынуждены пойти изобретатели квантовой механики, и делает действительно радикальный, но в то же время и радикально обоснованный вывод: квантовое состояние с его одновременно накладывающимися друг на друга возможностями не является чем-то, что существует само по себе. Состояние – это не то, что частица “имеет” как свойство, подобно тому, как дом имеет свойство быть окрашенным в синий цвет. Напротив, квантовые состояния связаны с нашим знанием о мире. Они являются описаниями, кодирующими наши взаимодействия с частицами.
Кьюбизм сказал бы, что это не состояние частицы – это ваше состояние относительно частицы. Кьюбизм ведет не от онтологии – рассказа о том, что фундаментально существует независимо от нас, – а от эпистемологии: рассказа о нашей информации о мире. Это изменение и есть вся разница. Отказавшись от принуждения к сохранению старой философии, которая поставлялась в комплекте с классической физикой, чего бы это ни стоило, кьюбизм не должен заставлять нас принимать в науку научно-фантастические истории о параллельных реальностях (или других подобных ненаблюдаемых “сущностях”). Вместо этого кьюбизм использует опыт. Что, спрашивается, происходит на самом деле, когда люди занимаются квантовой физикой?
Ответ, который дает кьюбизм, столь же радикален, сколь и обыденен. Отказываясь от невозможного (и парадоксального) взгляда на Вселенную с точки зрения Бога, кьюбизм ставит человека в центр научной деятельности. Таким образом, он “понимает” то, что квантовая механика пыталась сказать нам с момента своего изобретения столетие назад. Заниматься физикой – это не значит обретать некую мифическую и высшую перспективу, а наблюдать за тем, как субъекты (такие же люди, как мы с вами) получают знания о мире. Более того, и это более захватывающе, чем мифическая высшая точка зрения, заключается в том, что реальное понимание квантовой механики означает понимание того, как мы и мир всегда сплетены в неразрывное целое. Раскрытие этой перспективы и лежит в основе амбициозной исследовательской программы кьюбизма.
Читайте также: Квантовая биология может революционизировать наше понимание того, как устроена жизнь