Адам Беккер

Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

Посвящается Элизабет, которая всегда знала

Автор благодарит Фонд Альфреда Слоуна за поддержку в исследовательской работе и в написании этой книги.

Самый несомненный факт может вызвать и недоверие, и всеобщее признание – все зависит от того, как о нем рассказать.

Урсула Ле Гуин

WHAT IS REAL?

The Unfi nished Quest for the Meaning of Quantum Physics by Adam Becker

Copyright © 2018 Adam Becker

This edition published by arrangement with The Science Factory, Louisa Pritchard Associates and The Van Lear Agency LLC

© Масленников К.Л., перевод на русский язык, 2023

© ООО «Издательство «Эксмо», 2023

Введение

Вещи в повседневной жизни раздражают тем, что не могут оказываться в двух местах одновременно. Если вы оставите ключи в кармане пальто, они не появятся еще и на крючке у входной двери. Это неудивительно – у вещей нет никаких тайных способностей или добродетелей. Они совершенно обычные. И все же хорошо известные нам предметы содержат в себе неизведанные вселенные. Та же связка ключей представляет собой временный союз триллиона триллионов атомов, каждый из которых миллиарды лет назад родился в недрах умирающей звезды, а затем попал на горячую формирующуюся Землю. Эти атомы купались в яростных лучах молодого Солнца. Они свидетели возникновения жизни на нашей планете и всей ее истории. В атомах есть нечто эпическое, и, как у большинства эпических героев, у них есть и проблемы, которых нет у обычных существ. Мы, люди, – рабы привычек, мы занудно упорствуем в том, чтобы в каждый момент занимать только одно положение в пространстве. Но атомы склонны к причудам. Вот в лаборатории одиночный атом, следуя своим маршрутом, оказывается на развилке, где может повернуть налево или направо. Однако, вместо того чтобы выбрать что-нибудь одно, как сделали бы мы с вами, атом словно впадает в сомнения, не в силах решить, где ему быть и где не быть. И в конце концов наш Гамлет ростом с нанометр выбирает оба пути сразу. Нет, он не раздваивается, не проходит сначала одним путем, а потом другим – он идет по обоим одновременно, презирая все законы логики. Атомы не подчиняются правилам, которым подчиняемся и мы с вами, и принцы датские. Атомы живут в другом мире, где управляет другая физика, – в субмикроскопическом мире квантов.

Квантовая физика – физика атомов и других сверхмалых объектов, таких как молекулы и субатомные частицы, – самая совершенная из всех научных теорий. Она предсказывает поразительное многообразие явлений с невообразимой точностью. Ее влияние простирается далеко за пределы микромира – мы ощущаем его и в повседневной жизни. Открытые в начале XX века законы квантовой физики прямо привели и к кремниевым транзисторам внутри вашего телефона, и к светодиодной матрице его экрана, и к ядерным двигателям для дальних космических экспедиций, и к лазерным сканерам кассы супермаркета. Квантовая физика объясняет, почему светит Солнце и как видят наши глаза. Она лежит в основе всей химии и периодической системы элементов. Она объясняет даже, каким образом сохраняют свою целостность твердые тела, например стул, на котором вы сидите, или ваши собственные кости. Все это сводится к свойствам микроскопически малых объектов, ведущих себя очень странным образом.

Но кое-что все же вызывает беспокойство. Квантовая физика, похоже, неприменима для описания людей и вообще всего, что близко по масштабу к человеку. Наш человеческий мир – это мир связок ключей, мир обычных предметов, которые не могут находиться сразу в двух местах. Но ведь все эти обыкновенные вещи состоят из атомов: и вы, и я, и принцы датские. А атомы, как мы уже знаем, подчиняются именно квантовой физике. Как же это выходит, что физика атомов так поразительно отличается от физики сделанного из тех же атомов обычного мира? Почему квантовая физика работает только в мире сверхмалых масштабов?

Дело не в какой-то сверхъестественности квантовой физики. Мир полон чудес, и в нем всегда есть место таинственному. Но в повседневной жизни мы не видим никаких странностей, свойственных миру квантов. Почему? Может, квантовая физика – это и вправду физика очень малых объектов, а к большим телам она неприменима? Может, где-то есть некая граница, рубеж, за которым квантовая физика уже не действует? Но если так, где эта граница и что на ней происходит? А если такого рубежа не существует, если законы квантовой физики так же действуют на нас, как они действуют на атомы и субатомные частицы, то почему квантовая физика так разительно противоречит нашему повседневному опыту? Почему наши ключи не могут находиться одновременно в двух местах?

* * *

Восемьдесят лет назад эти вопросы глубоко волновали одного из основателей квантовой физики, Эрвина Шрёдингера. Чтобы объяснить коллегам-физикам, что его беспокоит, он придумал ныне знаменитый мысленный эксперимент с «котом Шрёдингера» (рис. В.1). Шрёдингер представил себе, что кота посадили в ящик с запечатанной капсулой цианистого калия и подвешенным над ней маленьким молоточком. Этот молоток, в свою очередь, связан со счетчиком Гейгера, регистрирующим радиоактивность и направленным на кусочек радиоактивного металла в капсуле. Эта адская машинка приводится в действие в тот момент, когда металл испускает излучение. Как только это произойдет, счетчик Гейгера сработает, молоточек упадет, разобьет капсулу и убьет беднягу кота.

Рис. В.1. Кот Шрёдингера. Когда металл испускает радиоактивное излучение, счетчик Гейгера регистрирует его и отпускает молоток. Капсула разбивается, и цианистый калий убивает кота

Вниманию Общества защиты животных: у Шрёдингера и мысли не было о том, чтобы на деле провести этот опыт! Шрёдингер предложил просто вообразить, что мы на некоторое время оставляем кота в ящике, затем открываем крышку и узнаём, что случилось с котом.

Кусочек металла испускает субатомные частицы, с большими скоростями вылетающие из атомов при их распаде. Как и все достаточно маленькие объекты, эти частицы подчиняются законам квантовой физики. Субатомные частицы металла Шекспира не читали, а вот панк-группу Clash, видимо, слушали. В каждый отдельно взятый момент они не знают, что им делать – оставаться на месте или вылететь из атома, и поэтому они делают и то и другое: внутри закрытого ящика «нерешительный» кусок радиоактивного металла одновременно излучает и не излучает.

Из-за такого поведения частиц-панков счетчик Гейгера и будет, и не будет регистрировать излучение, молоток и упадет, и не упадет на капсулу, которая и разобьется, и нет – а значит, кот будет одновременно и мертв, и жив. И это, по мнению Шрёдингера, было серьезной проблемой: может, атомы и могут находиться в двух местах сразу, но кот точно может быть либо дохлым, либо живым. Мы убедимся в его состоянии в тот же миг, как откроем крышку, а значит, логично заключить, что и до ее открытия кот должен был находиться в том же состоянии.

Многие из современников Шрёдингера оспаривали его аргументацию именно в этом пункте. Некоторые заявляли, что до открытия крышки кот находится в состоянии «и жив, и мертв» и, только заглядывая внутрь ящика, мы каким-то образом переводим его в состояние жизни или смерти. Другие считали, что, пока мы не открыли ящик, говорить о том, что происходит внутри него, вообще бессмысленно, так как внутренность закрытого ящика по определению ненаблюдаема, а только наблюдаемые и измеримые вещи имеют смысл. Для них говорить о ненаблюдаемых вещах было так же бесполезно, как спорить о том, издает ли треск падающее в лесу дерево, если нет никого, кто этот треск мог бы услышать.

Но эти аргументы Шрёдингера не убедили и не успокоили. Он считал, что его коллеги упускали из виду одну вещь: квантовой физике недостает важной составляющей, которая связала бы ее с обычным миром. Каким образом фантастическое количество атомов, управляемых законами квантовой физики, порождает мир, который мы видим вокруг? Что на самом фундаментальном уровне является реальностью и как эта реальность обнаруживается?

В этом споре оппоненты Шрёдингера победили. От его вопросов о том, что же в действительности происходит в квантовом мире, они попросту отмахнулись, и физика продолжала двигаться вперед.

* * *

Шрёдингер оказался в меньшинстве, но все же он не был одинок. Альберт Эйнштейн тоже хотел понять, что происходит в мире квантов. Он спорил о природе квантовой физики и реальности с Нильсом Бором, великим датским физиком. Спор Эйнштейна с Бором вошел в историю физики. Обычно говорят, что его выиграл Бор, что сомнения Эйнштейна и Шрёдингера оказались беспочвенными и что проблемы реальности в квантовой физике не существует потому, что реальность – это вовсе не то, о чем следует думать в первую очередь.

И все же нет сомнений в том, что квантовая физика сообщает нам нечто о реальном мире. Иначе как она могла бы вообще работать, описывать действительность? Было бы крайне трудно объяснить ее огромные успехи, если бы она не имела никакого отношения к реальному миру. Даже если считать, что любая теория – это всего лишь модель, это все-таки модель чего-то реального, а если она работает, то это модель хорошая. Должно быть нечто, заставляющее предсказания квантовой физики неизменно выполняться с феноменально высокой точностью.

Понять, что именно рассказывает нам квантовая физика о мире, оказалось нелегко. Отчасти это связано с необыкновенной странностью ее теории. Чем бы ни был квантовый мир, он нисколько не похож ни на что знакомое нам. Противоречивая природа квантовых объектов – атомы, которые одновременно находятся и здесь, и там, излучение, которое и испускается, и остается скрытым в своем источнике, – это далеко не единственный диковинный аспект квантовой теории. Есть еще мгновенные связи между находящимися на большом расстоянии объектами: связи тонкие, бесполезные для целей прямой передачи информации, но неожиданно весьма ценные для задач, связанных с вычислениями и кодированием. А верхнего предела размеров объектов, на которые распространяются законы квантовой физики, нащупать никак не удается! Чуть ли не каждый месяц физики-экспериментаторы придумывают всё новые хитроумные устройства, в которых странные квантовые явления обнаруживаются в объектах все большего и большего масштаба. Тем серьезнее выглядит вопрос о том, почему эти странные явления никак не наблюдаются нами в повседневной жизни.

Странные квантовые явления и их отсутствие в обычном мире не единственная и даже не самая большая загадка, которую надо разгадать, чтобы расшифровать заключенное в квантовой физике послание. Ни один физик не сомневается: квантовая физика работает. И тем не менее уже девяносто лет, с тех самых пор, как появилась эта теория, о ее значении ожесточенно спорят. В этом споре позиция большинства физиков, включая, видимо, и Бора, заключается в том, что они настойчиво отрицают существование самого предмета спора. Ученые заявляют, что, несмотря на феноменальный успех теории, сама постановка вопроса о том, что происходит в мире квантов, в некотором смысле неприемлема и ненаучна. Эта теория, по их мнению, не нуждается в интерпретации: то, что она описывает, не является истинной реальностью. И действительно, странность квантовых явлений заставила некоторых выдающихся физиков прямо утверждать: да, ничего не поделаешь, квантовая физика доказала, что микроскопические объекты просто не существуют в том смысле, в котором существуют объекты нашего повседневного мира[1]. Следовательно, говорят они, в квантовой физике невозможно говорить о реальности. В реальном мире нет, да и не может быть ничего, что соответствовало бы этой теории.

Популярность такого подхода к квантовой физике удивительна. Физика описывает окружающий нас мир. Ее цель – выявить фундаментальные составляющие Вселенной и законы их взаимодействия. Многих физиков привело в науку именно желание понять основные, глубинные свойства природы, увидеть, из чего складывается ее удивительная мозаика. Но как только дело касается квантовой физики, большинство физиков тут же категорически отказываются от каких-либо объяснений; вместо этого они, как выразился Дэвид Мермин, требуют просто «заткнуться и вычислять»[2].

Еще удивительнее то, что этот преобладающий подход снова и снова доказывает свою несостоятельность. Вопреки устоявшемуся среди физиков мнению, в историческом споре с Бором явное преимущество осталось за Эйнштейном – он убедительно показал, что в самой основе квантовой физики имеются глубокие противоречия, требующие разрешения. И просто отбросить вопрос о реальности как «ненаучный», как делали некоторые оппоненты Шрёдингера, – позиция неубедительная и основанная на устаревшей философии. Среди глухого к этому вопросу большинства находились-таки «возмутители спокойствия», которые разработали альтернативные подходы к квантовой физике. Они сумели растолковать, что происходит в этом мире, нисколько не жертвуя точностью теоретического описания.

Такие альтернативы показывают: идея о том, что в квантовой физике не может существовать понятия реальности, ложна. И все-таки большинство физиков по-прежнему в той или иной форме придерживаются этой идеи. Ее по-прежнему преподают в школах, популяризаторы рассказывают о ней публике. Даже когда вспоминают об альтернативных подходах, о них вспоминают именно как об альтернативах тому, что считается верным по умолчанию, невзирая на то что как раз это умолчание оказывается совершенно неплодотворным. Таким образом, спустя почти столетие после появления квантовой теории, после того, как она полностью изменила мир и жизнь каждого человека на Земле – как в лучшую, так и в худшую сторону, – после всего этого мы все еще не знаем, что именно эта теория говорит нам о природе реальности. Именно эта от начала и до конца странная ситуация является предметом нашей книги.

* * *

Да, такое положение дел поистине удивительно. Но почти никто из не-физиков о нем не догадывается. Впрочем, почему, собственно, оно должно кого-то волновать? В конце концов, квантовая физика прекрасно работает. Да и самих физиков вряд ли должно что-то беспокоить: разве недостаточно того, что их математический аппарат работает безотказно и делает точные предсказания?

Но наука – это нечто большее, чем математика и предсказания. Наука рисует нам картину мира, рассказывает, как он устроен. Именно эта картина, этот рассказ об устройстве мира служат отправной точкой как повседневной научной практики, так и будущего развития научных теорий, не говоря уж о более широком мире человеческой деятельности вне области науки. Мы можем придумать множество историй о значении любой системы уравнений; из этих историй мы выбираем лучшую, а потом начинаем искать в ней изъяны. Именно так и развивается наука. Истории, вытекающие из лучших научных теорий, ведут к экспериментам, которые ученые ставят и результаты которых интерпретируют, уточняя и изменяя теории. Как сказал об этом Эйнштейн, «теория определяет, что мы можем наблюдать»[3].

История науки снова и снова подтверждает это высказывание. Галилей не изобретал телескопа, но он первым подумал о том, чтобы направить хороший телескоп на Юпитер – ведь он считал, что Юпитер, как и Земля, – планета, которая обращается вокруг Солнца. После этого в телескопы стали регулярно смотреть на все, что встречается на небе: на кометы, туманности, звездные скопления. Но никому не пришло в голову воспользоваться телескопом, чтобы выяснить, не изгибает ли гравитация Солнца лучи звезд во время солнечного затмения, пока общая теория относительности Эйнштейна не предсказала этот эффект через триста с лишним лет после открытия Галилея[4]. Научная практика зависит от содержания наших теорий – и не только от содержания математического, но и от «истории», от картины мира, которая идет рука об руку с математикой. Этой картине мира принадлежит ключевая роль – как в науке, так и в выходе за пределы существующей науки с целью построить новую.

Картина мира много значит и за пределами чистой науки. То, что наука рассказывает нам о мире, постепенно пропитывает собой всю культуру, изменяя наш взгляд на мир вокруг нас и на наше в нем место. Открытие того факта, что Земля не является центром Вселенной, дарвиновская теория эволюции, Большой взрыв и расширяющаяся Вселенная возрастом почти 14 миллиардов лет, содержащая сотни миллиардов галактик, в каждой из которых сотни миллиардов звезд, – эти идеи радикально изменили взгляд человечества на самое себя.

Да, квантовая физика работает. Но игнорировать то, что она рассказывает нам о реальности, значит делать вид, что мы не замечаем прорехи в нашем понимании мира. Это значит игнорировать науку как процесс человеческого познания. В частности, это значит игнорировать наше поражение: крах попыток мыслить поверх междисциплинарных барьеров, защитить чистую науку от разлагающего влияния больших денег и военных контрактов, соответствовать идеалам научного мышления. Это поражение затрагивает интересы каждого мыслящего обитателя нашего мира, мира, каждый уголок которого преобразован наукой. Поэтому наш рассказ – рассказ о науке как области человеческой деятельности, а значит, не просто о том, как устроена природа, но и о том, как устроены люди.

Пролог

Невозможное свершилось

Джон Белл впервые столкнулся с математическим аппаратом квантовой физики, когда был студентом университета в Белфасте, и то, что он узнал, ему совсем не понравилось. Квантовая физика показалась Беллу какой-то невнятной путаницей. «Я не решался подумать, что в ней что-то неверно, – рассказывал Белл, – но я точно знал, что это паршиво»[5].

Нильс Бор, «крестный отец» квантовой физики, говорил о разделении между миром больших объектов, которым управляет классическая ньютоновская физика, и миром объектов малых, где царит физика квантов. Но в словах Бора смущало то, что из них невозможно было понять, где граница между этими мирами. Ничуть не лучше был и Вернер Гейзенберг, первооткрыватель математического аппарата квантовой физики. Подход Бора и Гейзенберга к физике квантов, названный в честь города, где жил и работал Бор, копенгагенской интерпретацией, отличался той же нечеткостью, которую Белл невзлюбил еще с университетских курсов по квантовой физике.

Незадолго до того, как Белл в 1949 году окончил университет, он познакомился с книгой Макса Борна, еще одного из создателей квантовой физики, «Натуральная философия причины и случая» (Natural Philosophy of Cause and Chance). Она произвела на Белла сильное впечатление, особенно обсуждение доказательства, построенного великим математиком и физиком Джоном фон Нейманом. Согласно Борну, фон Нейман доказал, что копенгагенская интерпретация – единственно возможный способ понимания квантовой физики. То есть либо копенгагенская интерпретация верна, либо неверна квантовая физика. А так как успехи квантовой физики были оглушительными, видимо, надо было примириться с копенгагенской интерпретацией и присущим ей принципом неопределенности.

Белл не смог ознакомиться с доказательством фон Неймана в оригинале – оно было опубликовано только по-немецки, а Белл немецким не владел. Прочитав описание этого доказательства у Борна, Белл «занялся более практическими вещами»[6], чем размышления о копенгагенской интерпретации: его пригласили на работу в британскую программу по получению ядерной энергии. О сомнениях по поводу квантовой физики пришлось забыть. Но в 1952-м Белл «увидел, что свершилось невозможное»[7] – его кратковременное примирение с копенгагенской интерпретацией было вдребезги разбито появлением одной новой статьи.

Физик по имени Дэвид Бом, невзирая на доказательство фон Неймана, сумел каким-то образом найти другой способ понимания квантовой физики. Как ему это удалось? Где допустил ошибку великий фон Нейман и почему никто этого не заметил раньше, чем Бом? Белл не мог ответить на эти вопросы, не прочитав доказательства фон Неймана. Спустя три года книгу фон Неймана издали на английском, но к этому времени жизнь Белла переменилась: он женился и переехал в Бирмингем, где писал докторскую диссертацию по квантовой физике. И все же о статье Бома он «никогда не мог забыть». «Я всегда знал, что она меня ждет»[8], – говорил потом Белл. Прошло еще десять с лишним лет, пока Белл наконец к ней не вернулся и не сделал самое глубокое со времен Эйнштейна открытие, касающееся природы реальности.

Часть I

Философия умиротворения

Математики Тлёна утверждают, что сам процесс счета изменяет количество и превращает его из неопределенного в определенное. Тот факт, что несколько индивидуумов, подсчитывая одно и то же количество, приходят к одинаковому результату, представляет для психологов пример ассоциации идей или хорошей работы памяти.

Хорхе Луис Борхес. Тлён, Укбар, Орбис Терциус[9]

Эта эпистемологическая оргия должна прийти к концу.

Альберт Эйнштейн, из письма Эрвину Шрёдингеру, 1935

1

Мера всех вещей

Две великие теории потрясли мир в первой четверти XX века. Они не оставили камня на камне от воздвигнутого за столетия здания физической науки и навсегда изменили наше понимание реальности. Одна из них, теория относительности, была, будто в научно-фантастической повести, создана в уединении одиноким гением, который, казалось, ушел из науки только для того, чтобы триумфально вернуться в нее, осветив мир сиянием новой истины. Это был, конечно, Альберт Эйнштейн.

История рождения второй – теории квантов – более сложная. Эта теория возникла в результате коллективных усилий десятков физиков, работавших над ней около тридцати лет. Эйнштейн входил в их число, но не он был лидером. Самым авторитетным в этой неорганизованной и строптивой банде революционеров оказался великий датчанин Нильс Бор. Его Институт теоретической физики в Копенгагене лет на пятьдесят стал Меккой квантовых теоретиков: почти каждый из тех, кто сделал себе имя работами в этой зарождающейся области, в какой-то момент оказывался здесь, чтобы продолжить исследования или чему-то научиться. Тут физики сделали выдающиеся открытия почти во всех областях своей науки: они не только разработали основы теории квантов, но и объяснили внутреннюю логику периодической таблицы химических элементов и воспользовались энергией радиоактивности, чтобы выявить механизмы работы живых клеток. Именно Бор и группа его самых талантливых учеников и сотрудников – Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули, Макс Борн, Паскаль Йордан и другие – разработали и отстаивали копенгагенскую интерпретацию – комплекс идей, который быстро стал стандартным подходом в толковании смысла математического аппарата квантовой физики. Что квантовая теория сообщает нам о мире? Если следовать копенгагенской интерпретации, ответ на этот вопрос звучит очень просто: квантовая физика не сообщает нам о мире ничего.

Копенгагенская интерпретация утверждает: квантовая физика – это не описание мира квантов, населенного атомами и субатомными частицами. Это всего лишь инструмент для вычисления вероятностей различных исходов экспериментов. Если следовать Бору, картины квантового мира не существует потому, что «не существует никакого квантового мира. Есть лишь абстрактное квантово-теоретическое описание»[10]. Это описание не позволяет нам делать ничего, кроме предсказаний вероятностей квантовых событий – ведь квантовые объекты не существуют в том смысле, в каком существует повседневный окружающий мир. Гейзенберг сказал: «Идея объективного реального мира, мельчайшие части которого объективно существуют в том же самом смысле, в котором существуют камни или деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет, – эта идея невозможна»[11]. Но результаты наших экспериментов вполне реальны – мы создаем эти результаты в процессе их измерения. Занимаясь измерениями положения электрона, Йордан заметил, что «электрон вынужден принять решение. Мы принуждаем его занять определенное положение, в то время как раньше он был, вообще говоря, ни здесь, ни там. <…> Результаты наших измерений создаем мы сами»[12].

Альберту Эйнштейну такие утверждения казались смехотворными. «Эта теория немного напоминает мне систему бредовых представлений какого-то высокообразованного параноика»[13], – писал он другу. Несмотря на то что он сам сыграл важнейшую роль в развитии квантовой физики, копенгагенскую интерпретацию Эйнштейн принять не мог. Он называл ее «философией умиротворения, чем-то вроде религии», которая подкладывает «мягкую подушечку всякому истинно верующему в нее, [но которая] на меня ни черта не действует»[14]. Эйнштейн настаивал на такой интерпретации квантовой физики, которая давала бы связное описание мира, позволяла бы получать ответы на вопросы даже в том случае, когда никаких измерений не производится. Его раздражало, что копенгагенская интерпретация не отвечает на такие вопросы, за что он и назвал связанный с ней образ мышления «эпистемологической оргией»[15].

Но призывы Эйнштейна к созданию более полной теории оставались без ответа, отчасти из-за построенного Джоном фон Нейманом доказательства невозможности такой теории. В те годы фон Нейман был, возможно, величайшим из живущих математических гениев[16]. Восьми лет от роду он самостоятельно изучил высшую математику, в девятнадцать опубликовал свой первый математический труд, а в двадцать два получил докторскую степень. Он сыграл решающую роль в создании атомной бомбы и был одним из отцов компьютерной науки. Он бегло говорил на семи языках. Его коллеги по Принстонскому университету полушутя говорили, что фон Нейман может доказать все что угодно и все его доказательства окажутся верными[17].

Доказательство единственности копенгагенской интерпретации фон Нейман опубликовал в написанном им в 1932 году учебнике квантовой физики. Знал ли Эйнштейн о существовании этого доказательства, неизвестно[18], но многие другие физики, конечно, знали. Для них самого факта существования доказательства, построенного знаменитым фон Нейманом, было достаточно, чтобы считать вопрос исчерпанным. Философ Пауль Фейерабенд воочию убедился в таких настроениях ученых, когда посетил прочитанную Бором публичную лекцию: «После лекции Бор сразу же ушел, и дискуссия продолжалась без него. Некоторые выступавшие критиковали его аргументацию, в которой, по-видимому, было много нестыковок. Но сторонники Бора не отвечали на критику по существу: стоило им упомянуть предложенное фон Нейманом доказательство, как споры, будто по мановению волшебной палочки, прекращались. Имя фон Неймана и слово “доказательство” сразу же заставляли замолчать тех, кто пробовал возражать»[19].

Нашелся все же по крайней мере один человек, заметивший недостаток в доказательстве фон Неймана вскоре после его публикации. Грета Герман, немецкий математик и философ, напечатала в 1935 году статью с критикой доказательства. Герман указывала, что фон Нейману не удалось обосновать одно из своих главных положений, а значит, и все доказательство рушится[20]. Но ее никто не слушал – отчасти потому, что в сообществе физиков она была чужаком, отчасти потому, что она женщина[21].

Несмотря на найденную в доказательстве фон Неймана ошибку, копенгагенская интерпретация сохраняла свое господствующее положение в физике. Эйнштейна считали неадекватным стариком «не от мира сего». Усомниться в справедливости копенгагенской интерпретации стало равносильно тому, чтобы поставить под вопрос грандиозные успехи всей квантовой физики. На протяжении последовавших двадцати лет квантовая физика продолжала одерживать одну победу за другой, и никто не вспоминал о червоточине, таящейся в самой ее сердцевине[22].

* * *

Но почему квантовая физика вообще нуждается в интерпретации? Почему она просто не рассказывает нам, что представляет собой окружающий мир? Почему между Эйнштейном и Бором возник спор? Конечно же, ни Эйнштейн, ни Бор не сомневались, что квантовая физика работает. Но если они оба разделяли ее теорию, откуда могли у них взяться разногласия по поводу содержания этой теории?

Интерпретация нужна квантовой физике потому, что остается не вполне ясным, что именно эта теория говорит нам об устройстве мира. Используемый квантовой физикой математический аппарат непривычен и замысловат. Связь между этой математикой и миром, в котором мы живем, трудно увидеть. Все это резко отличается от физической теории, которую квантовая физика заменила собой, – от физики Исаака Ньютона. Ньютоновская физика описывает знакомый и простой трехмерный мир, наполненный твердыми объектами, которые движутся по прямым линиям, пока что-то не собьет их с пути. Математический аппарат ньютоновской физики описывает положение объекта тремя числами, по одному для каждого измерения, – эта тройка чисел называется вектором. Если я стою на лестнице на высоте двух метров от земли и от вас до этой лестницы три метра, я могу описать свое положение так: ноль, три, два. Ноль означает, что я стою прямо перед вами, не отклоняясь ни влево, ни вправо, три – что от вас до меня три метра, два – что я на два метра выше вас. Все просто и ясно, и никому не приходит в голову беспокоиться о том, как интерпретировать ньютоновскую физику.

Квантовая физика и связанная с ней математика устроены гораздо более странно. Если вы хотите знать, где находится электрон, вам требуется гораздо больше трех чисел – вам нужно бесконечное их количество. Для описания мира квантовая физика пользуется бесконечными наборами чисел – волновыми функциями. Эти числа приписываются различным положениям в пространстве: по числу на каждую его точку[23]. Если бы в вашем телефоне было приложение, измеряющее волновую функцию одиночного электрона, на экране высвечивалось бы одно число, приписанное месту, в котором находится ваш телефон. Там, где вы сейчас сидите, ваш «измеритель волновой функции» мог бы показывать, скажем, 5. Пройдите по улице до перекрестка, и он покажет, например, 0,02[24]. В самом простом виде это и есть волновая функция: множество чисел, приписанных различным местам.

В квантовой физике все имеет волновую функцию: эта книга, стул, на котором вы сидите, даже вы сами. А также атомы воздуха вокруг вас, электроны и другие частицы внутри атомов. Волновая функция объекта определяет его поведение. В свою очередь, поведение волновой функции объекта определяется уравнением Шрёдингера, главным уравнением квантовой физики, сформулированным в 1925 году австрийским физиком Эрвином Шрёдингером. Уравнение Шрёдингера гарантирует, что волновые функции всегда будут изменяться гладко – число, которое волновая функция приписывает определенному положению, никогда не может вдруг прыгнуть с 5 до 500. Нет, числа станут изменяться от точки к точке плавно и предсказуемо: 5,1; 5,2; 5,3 и так далее. Числа, задаваемые волновой функцией, могут расти и снова уменьшаться, наподобие волны – отсюда и ее название, – и, как волна, они всегда будут колебаться плавно, никогда не отпрыгивая слишком далеко друг от друга.

Идея волновой функции не особенно сложная, но кажется странным, что квантовая физика в ней нуждается. Ньютон мог задать положение любого объекта, используя всего три числа. А квантовой физике, чтобы описать положение лишь одного электрона, требуется бесконечное количество чисел, разбросанных по всей Вселенной. Но кто знает – может, электроны вообще странные? Может, они ведут себя не так, как камни, стулья или люди? Может, они размазаны по всему пространству и волновая функция говорит нам, сколько от данного электрона находится в некоторой конкретной точке?

Оказывается, это не так. Никто никогда не видел в одном точно определенном месте половину электрона или вообще что-то меньшее, чем целый электрон. Волновая функция определяет не долю данного электрона в данном месте, а вероятность того, что данный электрон находится в этом месте[25]. Предсказания квантовой физики даются в терминах вероятностей. И это тоже странно: ведь уравнение Шрёдингера полностью и однозначно детерминистическое, никаких вероятностей в нем нет. При помощи уравнения Шрёдингера вы можете с великолепной точностью предсказать поведение любой волновой функции отныне и навсегда.

Рис. 1.1. Проблема измерения. Слева. Волновая функция мяча в коробке плавно колеблется, подобно ряби на поверхности пруда, подчиняясь уравнению Шрёдингера. Мяч может находиться в любой точке внутри коробки. Справа. Положение мяча измерено: он находится в определенной точке коробки. Волновая функция немедленно и резко коллапсирует, полностью противореча уравнению Шрёдингера. Почему же уравнение Шрёдингера – закон природы – действует, только когда измерение не выполняется? И что вообще считается «измерением»?

Да вот только и это не совсем правда. Как только вы действительно находите этот электрон, с его волновой функцией происходит странная вещь. Вместо того чтобы, как подобает приличной волновой функции, следовать уравнению Шрёдингера, она коллапсирует – мгновенно обращается в нуль повсюду, кроме того места, где вы нашли ваш электрон. Каким-то образом выходит, что законы физики начинают вести себя иначе, когда вы проводите измерение: уравнение Шрёдингера выполняется постоянно, за исключением того момента, когда вы выполняете измерение. В этой точке действие уравнения Шрёдингера приостанавливается, и волновая функция обращается в нуль повсюду, кроме некоторой случайной точки. Эта странная ситуация получила название проблемы измерения (рис. 1.1).

Почему уравнение Шрёдингера применимо, только когда измерения не производятся? Это никак не вяжется с нашим представлением о том, как работают законы природы, – они должны действовать все время, независимо от того, что мы делаем. Если уж листок оторвался от ветки дерева, он упадет на землю – и при этом не имеет значения, смотрит на него кто-нибудь или нет. Тяготение действует всегда.

Но, может быть, в квантовой физике и правда все иначе? Что, если измерения действительно меняют законы, управляющие квантовым миром? Это, конечно, очень странно, однако не невозможно. Но даже если так, это все равно не решает проблему измерения. Теперь мы сталкиваемся с новой трудностью: а что вообще следует считать «измерением»? Должен ли присутствовать тот, кто измеряет? Необходимы ли квантовым явлениям зрители? Можно ли заставить коллапсировать волновую функцию? Следует ли быть при этом в полном сознании или можно сделать это, скажем, во сне? А как насчет новорожденных? Нужны только люди или подойдут и шимпанзе? Эйнштейн как-то спросил: «Если наблюдения ведет мышка, изменит ли это квантовое состояние Вселенной?»[26] А Белл ехидно вопрошал: «Неужели волновая функция мира сотни миллионов лет дожидалась, когда на Земле появится одноклеточное живое существо? Или ей все же пришлось подождать еще немного, чтобы появился чуть более квалифицированный измеритель с докторской степенью?»[27] А если измерение не имеет никакого отношения к живому наблюдателю, в чем же тогда оно заключается? Не значит ли оно просто-напросто, что малый объект, подчиняющийся законам квантовой физики, провзаимодействовал с большим, на который эти законы каким-то образом не распространяются? Но если так, не означает ли это, что измерения происходят, в сущности, все время и уравнение Шрёдингера применить не удается никогда? Но как же тогда оно, это уравнение, вообще работает? И где проходит разделение между квантовым миром малых объектов и ньютоновским миром больших?

Сказать, что неприятно обнаружить в самом сердце фундаментальной физической теории ящик Пандоры, из которого сыплются такие вопросы, значит не сказать ничего. Но, несмотря на все эти странности, квантовая физика достигла в описании мира огромных успехов, гораздо больших, чем добрая старая физика Ньютона (которая тоже была неплохой). Без квантовой физики мы не понимали бы, почему алмазы так тверды, из чего состоят атомы или как создавать электронные приборы. Выходит, что волновые функции с их значениями, рассеянными по всей Вселенной, должны-таки как-то связываться с тем миром, который мы видим вокруг себя каждый день. Если бы это было не так, квантовая физика не могла бы ничего предсказывать, а она делает это прекрасно. Но тогда «проблема измерения» становится еще серьезнее – она показывает, что в природе реальности есть что-то, чего мы не понимаем.

Так как же нам интерпретировать эту странную и чудесную теорию? Что за историю рассказывает нам о мире квантовая физика?

Вместо того чтобы отвечать на этот трудный вопрос, мы можем поступить иначе. Например, не признавать его законным. Заявить, что в квантовой физике имеет значение только одно: предсказание результатов измерений. Теперь нам незачем беспокоиться о том, что происходит, когда мы не занимаемся измерениями! Все трудные вопросы тут же испаряются. Что такое волновая функция? Как она связана с объектами окружающего мира? Под рукой простой и удобный ответ на этот вопрос: волновая функция – это всего лишь математический аппарат, бухгалтерский инструмент, который помогает нам предсказывать результаты измерений. С миром вокруг нас он никак не связан – это только полезный математический прием. Волновые функции ведут себя иначе, когда мы на них не смотрим? Это неважно – за пределами измерений ничто не имеет значения. В промежутке между измерениями даже говорить о существовании вещей ненаучно. Таков, как это ни странно, ортодоксальный подход в квантовой физике – «мягкая подушка» копенгагенской интерпретации.

Но эти подозрительно простые ответы заставляют задать еще один вопрос, на который очевидного ответа нет. Физика – наука о материальном мире. А квантовая теория претендует на роль раздела физики, описывающего самые фундаментальные составляющие этого мира. Но согласно копенгагенской интерпретации бессмысленно задавать вопросы о чем-либо, что описывает квантовая физика. Что же тогда есть реальность? Копенгагенский ответ на этот вопрос – это молчание. И строгий неодобрительный взгляд на того, кто имел дерзость такой вопрос задать.

Такой ответ можно в лучшем случае назвать глубоко неудовлетворительным. Но это стандартный ответ. Физики, которые тем не менее настаивали на своем вопросе, такие как Эйнштейн, а позже Белл и Бом, вступили в открытую конфронтацию с «копенгагенцами». И история поисков ими реальности – это в то же время история их мятежа, столь же давняя, как и история самой квантовой физики.

2

Прогнило что-то в Датском королевстве

На сцену выходит Вернер Гейзенберг. Двадцатичетырехлетний физик получил приглашение сделать доклад в Берлинском университете, главном физическом центре Германии, а может, и всего мира. Ему предстояло выступить с рассказом о своих удивительных новых идеях перед самим Эйнштейном.

«Так как мне никогда прежде не случалось предстать перед таким количеством знаменитостей, я позаботился о как можно более ясном изложении основных положений и математическом обосновании того, что тогда представлялось в высшей степени нетрадиционной теорией, – вспоминал Гейзенберг несколько десятилетий спустя. – По-видимому, мне удалось заинтересовать Эйнштейна – он пригласил меня прогуляться с ним до его дома, продолжив по пути обсуждение новых идей»[28].

Во время этой прогулки, случившейся весенним днем 1926 года, Эйнштейн с невинным видом расспрашивал Гейзенберга о его жизни и образовании, осторожно обходя любые упоминания о новой теории своего собеседника. Но чуть только они оказались в спокойной домашней обстановке, ловушка захлопнулась.

* * *

Предложенная Гейзенбергом «в высшей степени нетрадиционная теория» была грандиозным прорывом. Она обещала решить величайшую из современных научных проблем: объяснить природу квантового мира. Физики уже лет тридцать знали: в их теории что-то не так. Чтобы понять, что происходит в мире очень малых масштабов – мире атомов, были остро необходимы перемены. Но работать приходилось вслепую. Атомы слишком малы, чтобы увидеть их в обычный микроскоп, независимо от его увеличения. Длина волны видимого света в тысячи раз больше размера атома. Но при нагревании атомы излучают свет разных цветов, причем у каждого вида атомов набор цветов собственный – уникальный, как отпечатки пальцев. Когда в конце XIX – начале XX столетия физики научились распознавать эти отпечатки, они еще не понимали, как именно внутренняя структура атома порождает данные спектры. Но какие-то намеки на математическую регулярность в спектрах прослеживались. То и дело кому-то удавалось найти способ эту регулярность частично объяснить – и больше других в этом преуспел Нильс Бор.

В 1913 году, вдохновленный экспериментами физика Эрнеста Резерфорда, уроженца Новой Зеландии, Бор предложил «планетарную» модель строения атома: вокруг крохотного, но массивного ядра кружились по орбитам электроны. В модели Бора электрон мог находиться только на одной из определенного набора разрешенных орбит. Электроны никогда не могли оказаться между орбитами, но могли «перепрыгивать» с одной орбиты на другую. Каждая орбита соответствовала некоторой энергии, и, когда электроны совершали свои «прыжки», они излучали или поглощали количество света, равное изменению их энергии. Так и получались спектры, наблюдаемые в лаборатории. Эти дискретные энергетические скачки назывались квантами, от латинского слова «сколько», а новая наука о мире атомов стала именоваться квантовой физикой[29].

Модель Бора удивительно хорошо описывала простейший атом, атом водорода – настолько хорошо, что за свою идею Бор в 1922 году получил Нобелевскую премию. Сейчас, по прошествии времени, модель Бора кажется очень простой, но это только показывает, насколько глубоко его идея изменила прежнее представление об атомах и насколько прочно в сознание людей вошло новое представление о них. Сейчас при слове «атом» в мозгу тут же всплывает мультяшная картинка с шариками электронов, крутящимися вокруг ядра, и это почти всецело заслуга Бора. Его модель оказалась блестящим и оригинальным прозрением, вскрывшим природу вещей. Но при этом она была неполной, и Бор это хорошо понимал. Она оказалась полностью бессильной в предсказании спектров атомов, более сложных, чем водород, – даже гелия, самого простого атома после водорода. Да и для водорода модель Бора могла объяснить далеко не все: цвета водородного спектра она описывала, а вот относительную яркость этих цветов – уже нет. Она предсказывала появление единичных цветовых линий в тех случаях, когда в реальном спектре наблюдались их тесные пары или триплеты. Наконец, атомные спектры были чувствительны к внешним воздействиям, далеко не все из которых модель Бора могла учесть. Поместите атом в магнитное поле, и его спектр изменится. Поместите его в поле электрическое, и его спектр тоже изменится, но по-другому. Цветные линии смещались, размывались, расщеплялись, тускнели и становились ярче, и никакой системы в этом не было видно. Пока не появился Гейзенберг.

В июне 1925 года Гейзенберга свалил ужасающий приступ аллергии – сенной лихорадки. Непрерывно чихающий, почти ослепший, с распухшим лицом, залитым постоянно текущими слезами, несчастный молодой физик уехал в двухнедельный отпуск на Гельголанд, маленький пустынный островок в Северном море, полностью лишенный деревьев и цветов. За несколько дней, проведенных на острове, он немного оправился и вернулся к своим теоретическим исследованиям. Не думая больше о том, что модель Бора говорила об электронных орбитах в атоме, Гейзенберг сосредоточился на реальных результатах эксперимента: спектре света, излучаемого при скачках между энергетическими уровнями. В три часа утра, в одиноком домике на каменистом берегу, о который бились волны холодного моря, с трясущимися от холода и волнения руками, в возбуждении то и дело совершая «бесчисленные арифметические ошибки»[30], Гейзенберг испытал озарение. «У меня было чувство, что сквозь внешнюю поверхность атомных явлений я разглядел странно прекрасный мир. Кружилась голова при мысли о том, что мне предстоит овладеть богатым многообразием математических структур, которое природа с такой щедростью раскинула передо мной»[31]. Тут же Гейзенберг набросал основные очертания странной новой математики, в которой простые утверждения типа «трижды два равно дважды трем» не всегда оказывались верны. Построенный им несколько неуклюжий математический аппарат позволил Гейзенбергу описать спектр квантового осциллятора – крохотного маятника, а с его помощью и показать, как атомные спектры реагируют на магнитное поле.

Когда Гейзенберг вернулся к работе в Геттингенском университете, он из осторожности сначала отправил набросок новой теории своему другу, блестящему физику Вольфгангу Паули – «моему самому строгому критику»[32], как вспоминал Гейзенберг много лет спустя. Но Паули восторженно приветствовал работу друга. «[Идеи Гейзенберга дают] новую надежду и возвращают мне радость жизни. <…> Хотя это еще не решение загадки, думаю, что теперь снова стало можно двигаться вперед»[33], – писал Паули. Макс Борн, научный руководитель Гейзенберга, был с этим согласен. Борн и его студент Паскаль Йордан помогли Гейзенбергу прояснить структуру и значение новой теории, Борн прозвал ее «матричной механикой» – по названию необычных математических объектов, матриц, на которых она основывалась. Матричная механика Гейзенберга с технической стороны выглядела устрашающе, ее невозможно было свести к визуальным аналогиям, однако она открывала перспективы построения единой теории не только для атомных спектров, но и для всего мира квантов.

* * *

Эйнштейн начал собственную революцию в физике за двадцать лет до описываемых событий. Ему было тогда столько же лет, сколько теперь было Гейзенбергу, – и он тоже находился в изоляции, хоть и не связанной с аллергией. В 1905 году, работая клерком в швейцарском патентном бюро, Эйнштейн опубликовал свою специальную теорию относительности, разрешив таким образом давний спор о природе света. До Эйнштейна считалось, что свет является волной, распространяющейся в некоторой пока не обнаруженной среде с характерным для XIX века названием «светоносный эфир». Но в 1887 году физики Альберт Майкельсон и Эдвард Морли потерпели неудачу при попытке зарегистрировать движение Земли сквозь эфир. Чтобы объяснить результат этого эксперимента, физики стали одну за другой выдвигать все более сложные и искусственные идеи. Один из них предположил, что эфир сжимает объекты, когда они движутся сквозь него. Другой показал, что этого недостаточно – эфир должен также замедлять все физические процессы в движущихся сквозь него телах! Попытки приписать эфиру столь странные свойства лишь для того, чтобы сохранить эту иллюзорную среду, становились все более искусственными и запутанными.

Эйнштейн разрубил этот узел одним великолепным ударом. Его идея была из тех, которые только по прошествии времени кажутся очевидными. Он предположил, что эфир так трудно описать и представить просто потому, что его вовсе не существует. Свет есть волна распространяющегося электромагнитного поля, которая движется всегда с одной и той же скоростью. Для движения этой волны никакая среда не нужна. Из такого простого предположения Эйнштейн вывел всю теорию движения – специальную теорию относительности. Она объяснила отрицательный результат опыта Майкельсона – Морли и позволила вывести из своих основных принципов казавшиеся странными эффекты – сокращение длины и замедление хода времени, которые другие теории принимали только как предположение.

Из специальной теории относительности вытекали необычные следствия. Одним из них было то, что скорость света оказывалась абсолютным пределом скорости: никакой объект или сигнал не мог двигаться быстрее, чем свет движется в вакууме. Из математики специальной теории относительности получалось, что для того, чтобы достичь скорости света, любому объекту требуется бесконечное количество энергии. А если объект каким-то образом сумеет двигаться быстрее света, то он теоретически отправится в прошлое и в принципе сможет не дать себе начать движение – парадоксальный результат. Скорость света и так довольно велика – около 300 000 км/c, но Эйнштейн к тому же показал, что никакое тело не может двигаться, никакой сигнал распространяться и никакое взаимодействие передаваться со скоростью, превышающей скорость света.

В том же году Эйнштейн напечатал продолжение своей работы: он развил теорию относительности, модифицировав ньютоновские законы движения. Попутно он вывел свое знаменитое уравнение, демонстрирующее, что масса есть форма энергии: E = mc^2. И это были лишь две из статей, опубликованных Эйнштейном на протяжении 1905 года, «года чудес». Он напечатал еще две выдающиеся работы: о поведении атомов и о взаимодействии света и вещества – за вторую из них он впоследствии получил Нобелевскую премию.

В своих работах по теории относительности Эйнштейн отчасти следовал идеям австрийского физика и философа Эрнста Маха. Мах считал, что наука должна основываться на описательных законах, которые не содержат никаких утверждений об истинной природе мира, – такие утверждения он отвергал как бесполезные для науки и практики. Для Маха одним из наиболее злостных нарушителей этого принципа был величайший физик Исаак Ньютон. Основополагающий труд Ньютона, «Начала», открывался предположением, что пространство и время – абсолютные самостоятельные сущности, реально существующие в мире. Это «чудовищное понятие абсолютного пространства» было, по мнению Маха, «чистым мыслеобразом[34], который нельзя уловить опытным путем». Мах полагал, что правильно построенная наука о механике будет обходиться без онтологических утверждений о том, какие именно вещи реально существуют, а вместо этого станет просто формулировать описательные математические законы, точно предсказывающие наблюдаемые движения всех тел. Хорошими теориями, по Маху, являются те, что устанавливают связи между наблюдениями, а не те, в которых постулируется существование принципиально ненаблюдаемых объектов.

С точки зрения Маха, образцовой моделью современной физической теории была термодинамика. Ее законы выведены в начале 1800-х Карно, Джоулем и другими. Термодинамика ограничивалась количественным описанием тепловых процессов, наблюдаемых в паровых машинах в любой точке мира. Она позволяла предсказывать ход тепловых процессов, не постулируя никаких сторонних ненаблюдаемых идей о природе теплоты. Термодинамика не основывалась на каких-либо неясных, непроверяемых утверждениях о том, что существует или не существует в мире, – она просто описывала этот мир.

Эйнштейн прочел книгу Маха «История механики» еще студентом, и на него произвела глубокое впечатление критика ньютоновских идей абсолютного пространства и времени. «Эта книга повлияла на меня очень сильно»[35], – писал он спустя несколько десятилетий. То, как в специальной теории относительности Эйнштейн решил проблему эфира, найдя его ненужной гипотезой, показывает, что идеи Маха об исключении сторонних ненаблюдаемых сущностей пришлись ему по сердцу. Более того, специальная теория относительности обрекла на забвение и ненавистные Маху абсолютные пространство и время.

Короче говоря, Эйнштейн блестяще реализовал идеи Маха. Махисты много лет вдохновлялись его работами, считая, что успех теории относительности доказывает правильность их подхода. Для них было очевидно, что Эйнштейн разделяет взгляды Маха, ведь эти взгляды сыграли важную роль в появлении наиболее знаменитой и фундаментальной из его работ. Но когда последователям Маха случалось беседовать с Эйнштейном лично, они с удивлением убеждались, что он вовсе не был махистом-догматиком[36] – совсем наоборот! Хотя теория относительности и развенчала идею абсолютного пространства и времени, на место этих понятий она поставила другой абсолют: пространство-время, единую для всех наблюдателей комбинацию пространства и времени. Да и само слово «относительность», подразумевающее отказ от абсолютного, ввел в физику не Эйнштейн, а Макс Планк[37] – Эйнштейн недолюбливал этот термин именно потому, что в нем содержался намек на философский релятивизм. Эйнштейн предпочитал выражение «теория инвариантов»[38], которое возбуждает совершенно другой ряд ассоциаций. (В теории относительности «инвариантами» называются величины вроде пространственно-временного интервала и многие другие, значения которых одинаковы для всех наблюдателей.) Позже, в зрелые годы, Эйнштейн неоднократно повторял, что идеи Маха не стоит принимать слишком всерьез. «Эпистемология Маха <…> представляется мне принципиально несостоятельной»[39], – писал Эйнштейн. «Ничто живое из нее родиться не может. Она лишь способна вытравливать вредную нечисть»[40]. Мах считал, что физика – всего лишь средство организации восприятия мира, тогда как для Эйнштейна физика имела прямое отношение к миру как таковому. «Единственная цель науки, – говорил он, – установление того, что существует»[41].

Однако, возможно, наиболее убедительным и откровенным свидетельством истинной позиции Эйнштейна по отношению к идеям Маха являются две другие его прославленные статьи, опубликованные в том же 1905 году. В одной из них Эйнштейн объяснил броуновское движение – случайные движения микроскопических пылинок в жидкости. Это явление почти за восемьдесят лет до статьи Эйнштейна заметил ботаник Роберт Броун (а еще на сорок лет раньше – и первооткрыватель фотосинтеза Ян Ингенхауз), но никто не мог его удовлетворительно объяснить. Это мастерски сделал Эйнштейн – и сделал, отвергнув махистский подход к физике. Напротив, Эйнштейн принял позицию антагониста Маха, Людвига Больцмана, заявлявшего, что мир состоит из невообразимого количества крохотных атомов. Мах громогласно и неоднократно провозглашал, что ни в какие атомы не верит, так как они слишком малы и в принципе ненаблюдаемы. Но Больцман сумел показать, что именно статистическое описание поведения огромного количества атомов прямо ведет к тем самым законам термодинамики, которые Мах с такой охотой принимал на веру. (О существовании атомов свидетельствовала и химия – к тому времени она уже около полувека эксплуатировала это представление.) Маха аргументы Больцмана не убедили. Но Эйнштейн находил их неотразимыми и элегантными и с охотой воспользовался существованием атомов, чтобы решить поставленные перед собой задачи. Эйнштейн применил статистические методы Больцмана и показал, что броуновское движение обусловлено отскакиванием атомов жидкости от пылинок. Таким образом, одним ударом он не только объяснил столетнюю загадку, но и убедительно продемонстрировал, что построенный на идее атомов статистический подход Больцмана к физике оказался логичным и действенным.

Так что статья Эйнштейна о броуновском движении была прямо-таки антимахистской. Но другая его статья в этом отношении оказалась еще хуже. В ней Эйнштейн тоже предложил разгадку старой загадки: освещение металлической пластинки могло приводить к тому, что от нее по проволоке начинал идти электрический ток. В этом так называемом фотоэлектрическом эффекте удивительно было то, что имел значение цвет используемого освещения: если оно было слишком близким к красному концу спектра, никакого тока не возникало, независимо от интенсивности излучения. Эйнштейн объяснил это странное явление, предположив, что свет состоял из частиц совершенно нового типа – фотонов. Это была необыкновенно дерзкая гипотеза – она не только бросала вызов философии Маха, но и как будто противоречила за сто лет многократно подтвержденному экспериментами убеждению, что свет – волна, а не частица. Конечно, Эйнштейн знал, что свет есть электромагнитная волна, – эта идея и вдохновила его теорию относительности. Но это не помешало ему предположить, что каким-то образом свет является одновременно и частицей или имеет какие-то свойства частицы. В защиту своей странной идеи Эйнштейн мог указать только на фотоэлектрический эффект, да еще, может быть, на одну неувязку в законе излучения абсолютно черного тела, выведенном за пять лет до этого немецким физиком Максом Планком. В течение двадцати лет после появления статьи о фотоэффекте почти никто, кроме Эйнштейна, в существование фотонов не верил. Даже сам Планк не думал, что его работа влечет вывод о частицах света (хотя много лет спустя именно эту работу провозгласили началом квантовой революции). Только когда Артур Комптон в 1923 году действительно зарегистрировал рассеяние фотонов на электронах, физическое сообщество наконец приняло образ мыслей Эйнштейна – хотя даже и тогда кое-кто с ним так и не согласился[42].

Но к изоляции Эйнштейн был привычен. В 1905 году, работая в швейцарском патентном бюро, он в одиночку изменил мир и привычку к одиночеству сохранил до конца жизни. Он как-то пошутил, что «в его телегу впряжена лишь одна лошадь»[43]: с другими физиками он сотрудничал редко, своих студентов у него не было почти никогда. В науке, да и во всех областях жизни он вечно относился с подозрением к устоявшемуся мнению; он называл здравый смысл коллекцией предрассудков, накопившихся у человека к восемнадцати годам[44]. Поэтому, когда в 1925 году Гейзенберг появился на сцене со своей удивительной новой теорией, не было ничего неожиданного в том, что Эйнштейн отнесся к ней скептически. «Гейзенберг снес большое квантовое яичко», – писал он своему другу Паулю Эренфесту вскоре после того, как работа Гейзенберга была опубликована. «В Геттингене все в него верят. Я – нет»[45]. И когда представился случай «допросить» Гейзенберга наедине, Эйнштейн этого случая не упустил.

* * *

У себя дома, удобно устроившись в кресле, Эйнштейн наконец спросил Гейзенберга о том, о чем ему не терпелось узнать. «Вы полагаете, что электроны существуют внутри атома, и, вероятно, вы совершенно правы. Но вы не хотите рассмотреть вопрос об их орбитах. <…> И мне очень хотелось бы услышать о причинах, заставляющих вас занимать столь странную позицию»[46].

«Мы ведь не можем наблюдать электронные орбиты внутри атома», – ответил на это Гейзенберг. Он указал, что реально наблюдаемым является только спектр излучения атома, и закончил суждением вполне в духе Маха. «Так как хорошая теория должна основываться на непосредственно наблюдаемых величинах, мне кажется более уместным ограничиться этим»[47].

Как Гейзенберг потом рассказывал, Эйнштейн был шокирован. «Вы что, серьезно считаете, что в физическую теорию должны входить только наблюдаемые величины?»

«Но разве не этому правилу вы следовали в теории относительности?» – парировал Гейзенберг.

«Возможно, я действительно обращался к этому способу аргументации, но все равно это чепуха, – сказал Эйнштейн. – В принципе, совершенно неверно пытаться основать теорию только на наблюдаемых величинах. На деле все происходит ровно наоборот. Это теория говорит нам, что именно мы можем наблюдать»[48]. И Эйнштейн стал объяснять, что информация об окружающем мире, которую мы получаем при помощи научных инструментов – или даже просто от наших органов чувств, – будет совершенно недоступна пониманию без некоторой теории о том, как устроен мир. Когда вы с помощью термометра проверяете температуру жареного цыпленка в духовке, вы предполагаете, что термометр точно измеряет температуру цыпленка, а свет, отражающийся от шкалы термометра и попадающий в зрачок, дает вам возможность точно произвести это измерение. Другими словами, у вас есть теория об устройстве мира, и вы пользуетесь этой (очень хорошо обоснованной) теорией, чтобы прочесть показание термометра. Точно так же, говорил Эйнштейн Гейзенбергу, когда вы смотрите на спектр атома, «вы с полной очевидностью предполагаете, что весь механизм передачи света от колеблющегося атома в спектроскоп или в ваш глаз действует именно так, как мы всегда предполагаем».

Гейзенберг, как он потом рассказывал, был «совершенно ошеломлен точкой зрения Эйнштейна». Отступая на казавшиеся прочными позиции философии Маха, Гейзенберг попытался возразить: «Идея, что хорошая теория – это не более чем конденсированные наблюдения, конечно, восходит к Маху, а всем, в сущности, известно, что ваша теория относительности решительно опирается на концепцию Маха. Но сейчас вы мне говорите совершенно противоположные вещи. Как же мне следует вас понимать? И что вы сами думаете об этом?»[49]

«Мах, видите ли, пренебрегает тем фактом, что мир реально существует, что наши чувственные впечатления основываются на чем-то объективном, – ответил Эйнштейн. – Он делает вид, что мы прекрасно понимаем значение слова “наблюдать” и что это знание освобождает его от необходимости различать “объективные” и “субъективные” явления <…> У меня есть сильные подозрения, что именно из-за вопросов, которые мы сейчас обсуждаем, у вас с вашей теорией еще будут неприятности»[50].

Беседа зашла в тупик, и Гейзенберг решил сменить тему. Уже несколько дней он мучительно пытался принять трудное профессиональное решение. Дело было в том, что год назад, незадолго до своей судьбоносной поездки на Гельголанд, он провел семь плодотворных месяцев у Бора в Копенгагене. Сейчас Бор предложил Гейзенбергу снова приехать в Копенгаген, на этот раз в качестве своего ассистента. Естественно, Гейзенберг был несказанно рад этой возможности. Но прошло несколько дней, и он оказался перед невероятно трудным выбором из двух счастливых возможностей: ему предложили постоянную профессуру в Лейпциге – престижную позицию, которая для его возраста была просто неслыханной. Не придя ни к какому решению, он попросил у Эйнштейна совета. Эйнштейн посоветовал ему ехать к Бору[51]. Спустя три дня Гейзенберг был уже на пути в Копенгаген, чтобы снова оказаться у подножия квантового Олимпа, на котором царил верховный бог квантовой теории – Бор.

* * *

Бор и Эйнштейн были друзьями. После их первой встречи в 1920 году Эйнштейн писал Бору: «В моей жизни редко случалось, чтобы человек доставлял мне такую радость одним своим присутствием»[52]. В письме своему близкому другу Паулю Эренфесту[53] Эйнштейн говорил, что Бор «похож на чувствительного ребенка, который разгуливает по миру как будто в трансе»[54]. И Эйнштейн, и Бор были великими физиками, принадлежавшими к одному поколению; каждый из них оказал огромное влияние на развитие квантовой физики. Но на этом их сходство, пожалуй, заканчивается. В отличие от Эйнштейна, Бор постоянно работал с другими физиками. На протяжении почти полувека под его опекой побывали десятки молодых ученых. Он не только учил их физике, но и поддерживал всеми возможными способами во всех других аспектах жизни. Его невероятная харизма и мощь его личности производили неизгладимое впечатление на всех посетителей его института в Копенгагене. Как сказал американский физик Ричард Фейнман, «даже “большие шишки” относились к Бору как к божеству». У студентов и младших коллег Бор пользовался непререкаемым авторитетом и считался носителем сверхчеловеческой мудрости, «мудрейшим из живущих»[55], по словам американского физика Дэвида Фриша. Джон Уилер, один из самых известных и влиятельных учеников Бора, сравнивал его ум с мудростью «Конфуция и Будды, Иисуса и Перикла, Эразма и Линкольна»[56]. А для многих коллег Бора он был почти мистической фигурой, источником незамутненной научной истины. «Мы все считаем вас глубочайшим научным мыслителем, – писал Бору английский химик Фредерик Доннен. – Само небо послало вас, чтобы разъяснить нам истинный смысл всех этих современных достижений <…> Мысленно я вижу вас прогуливающимся в ваших прекрасных садах, где в редкие минуты спокойствия листья, цветы и птицы нашептывают вам свои секреты»[57].

Мощную харизму Бора усиливало и его исключительное положение в научной и общественной иерархии. Правительство Дании основало и финансировало научно-исследовательский институт, единственной целью которого было обеспечить Бору благоприятную среду для работы. Датская академия искусств и наук избрала Бора резидентом Дома почета Карлсберга, построенного крупнейшей пивоваренной компанией «Карлсберг» для самого уважаемого гражданина Дании. Отпрыск одного из наиболее влиятельных и известных интеллектуальных семейств страны, Бор регулярно принимал у себя дома не только физиков, но и деятелей искусства, политиков и даже членов датской королевской семьи. Молодых физиков, приезжавших в Копенгаген, «Бор не только стимулировал в интеллектуальном смысле, но помогал им в карьере, способствовал духовному совершенствованию, не забывая и о земных радостях, материальных благах и психологической поддержке, – писала историк науки Мара Беллер. – Он сделался настоящим патриархом, которому поклонялось множество молодых ученых и чей авторитет мало кто смел оспаривать»[58]. Влияние Бора на судьбу его учеников часто простиралось далеко за пределы профессиональных отношений, заходя и в глубоко личные сферы: по словам Виктора Вайскопфа, одного из самых блестящих студентов Бора, «все молодые физики, работавшие у него, не более чем через два года обзаводились семьей»[59].

Посещение копенгагенского мудреца было интеллектуальным и эмоциональным потрясением, особенно для молодых ученых. «Бор часто приглашал многих из нас в Карлсберг, где после обеда мы рассаживались вокруг него с чашечками кофе – некоторые буквально у его ног, на ковре, – стараясь не пропустить ни одного его слова, – писал Отто Фриш, другой ученик Бора. – Казалось, я видел ожившего Сократа, в своей кроткой манере ставящего нас перед труднейшим интеллектуальным выбором. Он умел поднять любой спор на более высокий уровень и заставить нас почувствовать в себе самих мудрость, о которой мы и не подозревали (и которой на деле, конечно, не было). Мы обсуждали все: от религии до генетики, от политики до искусства. И когда я катил на велосипеде домой по копенгагенским улицам, пахнущим сиренью или мокрым от дождя, я чувствовал себя опьяненным крепким вином этих платоновских диалогов»[60].

Но Бор был необычным мудрецом – не только блестящим и проницательным, но одновременно медлительно кропотливым и малопонятным, что иногда злило тех, кто его окружал. «Описать Нильса Бора тому, кто с ним никогда не работал, практически невозможно, – говорил Джордж (Георгий) Гамов, русский физик и бывший ученик Бора (Гамов и сам был очень крупной и известной личностью). – Вероятно, самым характерным его свойством была медлительность мышления и восприятия». Гамов описывает затем, как раздражали его просмотры кинофильмов в обществе отца квантовой физики:

«Единственными любимыми фильмами Бора были “Перестрелка на ранчо” и “Одинокий ковбой и девушка из племени сиу”. Но ходить с Бором в кино было нелегко. Он никак не мог уследить за сюжетом и все время, к большому неудовольствию зрителей, приставал к нам с вопросами: “Это кто? Сестра того ковбоя, который застрелил индейца? А, это был тот самый индеец, что хотел угнать стадо у брата ее мужа?” Такая же замедленная реакция проявлялась у него и в научных обсуждениях. Не раз бывало, что молодой физик-стажер (а большинство физиков, приезжавших на стажировку в Копенгаген, были молоды) делал блестящий доклад о своих последних расчетах по какой-нибудь запутанной проблеме квантовой теории. Все присутствующие довольно ясно понимали его аргументацию – все, кроме Бора. Тут же все начинали объяснять ему какой-нибудь простой момент, который он упустил из виду, поднимался невероятный шум, и в результате никто уже ничего не понимал. Наконец после долгих объяснений и споров для Бора начинало что-то проясняться, и тут оказывалось, что он видит эту проблему совсем не так, как докладчик, причем прав оказывался именно он, а докладчик ошибался»[61].

Непоколебимая репутация Бора и мощь его личности, конечно, значили для его учеников и коллег гораздо больше, чем все помехи и сложности, возникавшие в процессе работы с ним. Курьезные особенности характера Бора, его странности и недостатки даже делали его еще притягательнее для учеников: они видели, что не только он нужен им, но и они ему нужны. Бор работал медленно и напряженно, и при этом ему органически были необходимы сотрудники. Свои идеи он постоянно формулировал и переформулировал, и эти формулировки ему нужно было на ком-то оттачивать. Писать он страшно не любил и написать что-либо без посторонней помощи практически не мог. В критический период рождения квантовой теории, с 1922 по 1930 год, Бор, по сути, не опубликовал ни одной работы без соавторов[62]. Насколько ясно и обманчиво просто было то, что писал Эйнштейн, настолько закрученными и непонятными выглядели писания Бора с их знаменитыми длинными и витиеватыми фразами. Вот, например, один из его сравнительно коротких и несложных пассажей, в котором он объясняет, что квантовые «скачки» составляют ключевое различие между квантовой и классической ньютоновской физикой:

«Невзирая на трудности, которые, таким образом, содержатся в формулировках квантовой теории, по всей вероятности, как мы сейчас увидим, ее сущность может быть выражена в так называемом квантовом постулате, который приписывает любому атомному процессу существенную скачкообразность, или, вернее, индивидуальность, совершенно чуждую классической теории и символизируемую планковским квантом действия»[63].

Говорил Бор не яснее, чем писал. «На одной конференции в 1932 году Бор представил фундаментальный доклад, посвященный текущим затруднениям теории атома, – вспоминал ученик Бора Карл фон Вейцзеккер. – Со страдальческим лицом, склонив голову набок, он еле продирался сквозь нагромождаемые им неоконченные фразы»[64]. Затруднения, которые Бор испытывал при выражении своих мыслей, не ограничивались публичными выступлениями. Рассказывая о частной беседе с Бором, Вейцзеккер писал, что «его спотыкающаяся речь <…> становилась тем менее и менее вразумительной, чем более важным был предмет разговора»[65]. (Как ни странно, при этом Бор якобы настойчиво рекомендовал студентам «никогда не выражаться проще, чем они способны думать».) Однако неясность мысли лишь усиливала закрепившуюся за Бором репутацию мудреца и пророка. Он мог обронить какое-то слово и оставить учеников разгадывать его смысл часы или даже дни напролет[66]. Но эта невнятность вовсе не уменьшала горячей привязанности студентов. Рудольф Пайерлс, один из учеников Бора (позже ставший научным руководителем молодого Джона Белла, когда тот писал докторскую диссертацию), говорил: «Хоть часто мы и не могли понять Бора, мы восхищались им почти безоговорочно и любили его беспредельно»[67].

* * *

Спустя три дня после встречи с Эйнштейном в Берлине Гейзенберг прибыл в Копенгаген. Со времени своей предыдущей стажировки в институте Бора он успешно защитил докторскую диссертацию, разработал матричную механику и получил предложение возглавить кафедру в профессорской должности. Но он вовсе не чувствовал себя победителем – наоборот, он был раздосадован. Триумф его революционной матричной механики был у него украден – через полгода после выхода его работы венский физик Эрвин Шрёдингер опубликовал статью, в которой изложил теорию волновой механики, конкурирующую с теорией Гейзенберга.

Шрёдингер разработал принципы волновой механики в декабре 1925 года на курорте в Швейцарских Альпах, где он жил со своей подругой. Его теория была изложена относительно простым математическом языком волновых уравнений: гладко изменяющиеся волновые функции подчинялись уравнению Шрёдингера (как мы видели в главе 1). Гейзенберга беспокоило, что достижение Шрёдингера может затмить его собственный результат, и основания для беспокойства у него были. Замысловатый математический аппарат гейзенберговой матричной механики большинству физиков того времени был незнаком, и его нельзя было сопоставить ни с какой вразумительной физической картиной мира. Напротив, в теории Шрёдингера использовалась знакомая всем математика и простые физические идеи. С ней было просто обращаться, ее было легко объяснить. Шрёдингер гордился тем, что его теория не заставляет физиков «подавлять свою интуицию и оперировать одними абстракциями – такими, как вероятности переходов, энергетические уровни и тому подобное»[68]. И большая часть физического сообщества соглашалась с этим – даже давние союзники Гейзенберга. Арнольд Зоммерфельд, с которым Гейзенберг консультировался при написании своей диссертации, говорил: «Хотя истинность матричной механики несомненна, ее математическое изложение исключительно громоздко и пугающе абстрактно. Вот Шрёдингер и пришел к нам на выручку»[69]. Борн назвал шрёдингеровскую волновую механику «наиболее глубокой формой квантовых законов»[70]. Тем временем Паули уже использовал теорию Шрёдингера, чтобы сделать то, чего он не смог добиться при помощи одной только матричной механики, – вычислить яркость спектральных линий водорода, решив тем самым задачу, не поддававшуюся теоретикам более семидесяти лет[71].

Рис. 2.1. Архитекторы копенгагенской интерпретации в Институте Нильса Бора, 1936 год Слева направо: Бор, Гейзенберг и Паули

Однако при всех успехах волновой механики, которыми Шрёдингер откровенно хвастался, похоже было, что в тех областях, где эти две теории пересекались, шрёдингеровские уравнения приводили к тем же результатам, что и матричная механика Гейзенберга. Теория Шрёдингера, как и гейзенберговская, идеально воспроизводила спектр водородного атома: различные энергетические уровни модели атома Бора были, по Шрёдингеру, связаны с «собственными энергетическими состояниями» конкретной волновой функции с постоянными значениями энергии. Шрёдингер вскоре показал, что матричная и волновая механики математически эквивалентны и разными средствами описывают одни и те же идеи единой новой теории – квантовой механики. Задачи наподобие описания яркости спектральных линий сначала удалось решить средствами волновой механики только потому, что в большинстве случаев с уравнением Шрёдингера было в математическом отношении проще обращаться, чем с матрицами Гейзенберга. Но в смысле физической интерпретации реальности две версии квантовой механики отличались радикально. Шрёдингер был уверен, что нашел способ интерпретировать все квантовые явления как гладкое распространение волн, описываемых его уравнением. Гейзенберга такая трактовка вовсе не убеждала. «Чем больше я раздумываю над физической частью теории Шрёдингера, тем более отталкивающей я ее нахожу, – писал он Вольфгангу Паули. – То, что Шрёдингер говорит о возможности наглядного представления его теории, “вероятно, не вполне верно”, другими словами, это полная чушь»[72].

Но большинство физиков все же находило шрёдингеровские волны более естественными, чем гейзенберговские матрицы. Раздосадованный этим Гейзенберг, который побаивался, что идеи Шрёдингера могут затмить его собственные достижения, написал своему наставнику Бору, а Бор, в свою очередь, написал Шрёдингеру, приглашая его приехать в Копенгаген и принять участие в «обсуждениях в узком кругу сотрудников института, обсуждениях, которые помогут нам глубже разобраться в открытых вопросах теории атома»[73]. Первого октября 1926 года Шрёдингер прибыл в Копенгаген на поезде. «Обсуждения» начались немедленно. Позже Гейзенберг вспоминал:

«Дискуссии Бора со Шрёдингером начались еще на вокзале и продолжались ежедневно с раннего утра до позднего вечера. Шрёдингер остановился у Бора в доме, так что их разговоры не прерывались. И хотя обычно Бор был очень тактичен и приветлив в отношениях с людьми, он поразил меня тем, что предстал почти беспощадным фанатиком, неспособным сделать оппоненту ни малейшей уступки, признать, что он хоть в чем-то неправ. Почти невозможно передать всего накала страсти этих дискуссий, всей глубины убеждений каждого из оппонентов, которые сквозили буквально во всяком их высказывании»[74].

По убеждению Шрёдингера, успех его волнового уравнения означал, что все квантовые явления можно в конечном счете объяснить поведением непрерывных волн. Но Бор и Гейзенберг на это возражали, что существуют явления, требующие привлечения идеи квантовых «скачков», – например, электроны в атоме Бора, переходящие с одной орбиты на другую. Гладким волновым преобразованием этого описать было нельзя. Шрёдингер не соглашался. «Если без этих чертовых квантовых скачков и правда никак не обойтись, то я уже жалею, что вообще связался с теорией квантов»[75], – жаловался он. В конце концов Шрёдингер, ослабев от непрекращающихся споров и неумолимых атак Бора, подхватил обычную для темной и сырой датской осени «простудную лихорадку» и слег в постель. Пока жена Бора Маргрете ухаживала за больным, угощая его горячим чаем с пирожными, Бор, присев на краешек кровати, тихо, но настойчиво продолжал свои уговоры: «Но вы же не можете не признать, что…»[76]

Убедить другого в своей правоте никому из них так и не удалось, и Шрёдингер отправился восвояси. «На взаимное понимание нельзя было и надеяться – ведь в это время ни одна из сторон не могла предложить полной и непротиворечивой интерпретации квантовой механики», – вспоминал Гейзенберг. «И тем не менее к концу визита Шрёдингера мы в Копенгагене уверенно чувствовали, что находимся на верном пути»[77]. В принципиальном смысле проблема заключалась в том, что физический смысл волновой функции Шрёдингера был по-прежнему неясен. Но летом того же года Макс Борн частично разгадал эту головоломку: он показал, что волновая функция частицы в некоторой точке дает вероятность измерения частицы в этой точке[78] и что волновая функция коллапсирует, как только измерение произведено. Глубокое исследование Борна в конечном счете принесло ему Нобелевскую премию, и вполне заслуженно. Но выведенное Борном правило операций с волновыми функциями поставило перед физиками новые вопросы. Что такое измерение? Почему волновые функции ведут себя по-другому, когда их «измеряют» – что бы это выражение ни значило? Идея Борна и математический аппарат, разработанный Шрёдингером, стали золотым ключиком, открывшим квантовый мир, но цена этого открытия оказалась высокой: на сцене появилась проблема измерения.

Гейзенберга не очень беспокоило решение проблемы измерения. В большей степени его заботило, получит ли он еще одно предложение постоянной профессуры. Он был расстроен тем, что достижения Шрёдингера затмили его собственные и что он сделал ошибку, вернувшись в Копенгаген, вместо того чтобы обеспечить себе постоянное и надежное место в Лейпциге. В поисках достойной проблемы, решив которую он повысил бы свой рейтинг на рынке труда, а заодно выиграл бы лишнее очко у Шрёдингера, Гейзенберг обратил внимание… на измерения! Но привлекла его не пресловутая «проблема измерения», а нечто более простое и обещающее быстрый результат: ограничения на информацию, которую можно получить от квантовых объектов. Объединив новый подход Борна с некоторыми предположениями, высказанными Эйнштейном во время их берлинской встречи, Гейзенберг наткнулся на одну глубоко запрятанную истину, которая, казалось ему, должна покончить с представлением Шрёдингера об упорядоченном квантовом мире.

Гейзенберг задумался о том, что случилось бы, если попытаться измерить положение одиночной частицы, например электрона, с очень высокой точностью. Это было бы похоже на поиски бумажника, который мы обронили на темной лужайке: зажигаем фонарик и светим вокруг, пока не находим пропажу. С электроном фонарик не поможет – длина волны видимого света гораздо больше него. Можно поискать электрон при помощи более коротковолнового излучения – гамма-лучей. Посветив гамма-лучевым фонариком, мы легко отыщем наш электрон. Но гамма-лучи имеют высокую энергию. Как только гамма-фотон ударится в электрон, электрон тут же полетит в случайном направлении. Итак, мы знаем, где он только что был, но понятия не имеем, с какой скоростью и куда он после этого полетел.

Гейзенберг стал думать: является ли выбор между измерением положения объекта и его импульса неизбежным или это просто свойство придуманного им эксперимента? К своему восторгу, он убедился, что ограничения возможностей измерения имеют фундаментальный характер: глубоко зарывшись в математические дебри волновой механики Шрёдингера, Гейзенберг вычислил, сколько информации об импульсе объекта мы теряем, определяя его точное положение, и наоборот. Мы хорошо знаем либо где находится объект, либо с какой скоростью и куда он движется, но мы не можем знать и то и другое одновременно.

По предложению Бора, Гейзенберг назвал найденную им закономерность «принципом неопределенности». Опубликованная им статья об этом открытии сработала именно так, как он надеялся: университет в Лейпциге вновь предложил ему профессорскую кафедру. На этот раз Гейзенберг согласился и в июне 1927 года, в возрасте двадцати пяти лет, стал самым молодым штатным профессором в Германии.

Бор тем временем обнаружил, что принцип неопределенности Гейзенберга прекрасно сочетается с его собственной новой идеей об истинной природе квантового мира, идеей, суть которой он выражал словом «дополнительность». Он начал писать об этом статью, но она, как обычно у Бора, превратилась в кипу черновиков, в которых ни одно предложение не было доведено до конца. В сентябре, однако, Бор увидел, что времени на переписывание работы у него не осталось: на альпийском озере Комо, на севере Италии, должна была начаться международная физическая конференция, и ему, Бору, предстояло произнести речь на ее открытии. В день выступления, лихорадочно перебирая в памяти подготовленные тезисы, Бор поднялся на сцену и заговорил, как всегда, тихо и сбивчиво.

Он начал с того, что «обычно наше описание физического явления целиком основано на представлении о том, что при его наблюдении мы не вносим в рассматриваемое явление существенных возмущений»[79]. Однако, как стало ясно из сформулированного Гейзенбергом принципа неопределенности, «любое наблюдение атомных явлений будет связано с таким взаимодействием объекта наблюдений с измерительным устройством, пренебречь которым невозможно»[80]. Следовательно, продолжал Бор, «ни сами явления, ни средства их наблюдения невозможно считать реальными в обычном физическом смысле». Другими словами, мы не можем сказать, что в действительности происходит внутри атома, когда никто на него не смотрит, – согласно Бору, квантовый мир можно рассматривать как реальный только в сочетании с некоторым измерительным устройством. А поведение объектов, регистрируемое таким устройством, может наилучшим образом описываться в терминах либо частиц, либо волн, но никогда и в тех и других одновременно. Эти описания противоречивы – частица имеет определенное положение, а волна не имеет; у волн есть частоты и длины, а у частиц нет, – но Бор заявил, что эта «неизбежная дилемма» не является проблемой квантовой физики. «Мы имеем дело не с противоречивостью, но с дополнительностью явлений, которая является неотъемлемой особенностью описания опыта»[81], – сказал Бор.

Этот «дуализм волн и частиц» прослеживается во всех квантовых явлениях. Например, в старых телевизорах с электронно-лучевыми трубками электроны летят по трубке, установленной в задней части устройства, к люминесцентному экрану в его передней части. Когда электрон ударяет в экран, в этом месте возникает светящаяся точка. Когда электрон начинает свое движение в трубке, его волновая функция подчиняется уравнению Шрёдингера, и он распространяется внутри трубки как волна. Но когда электрон ударяет в люминесцентный экран, это происходит в одной конкретной точке, которая начинает светиться, то есть электрон ведет себя как частица. Итак, иногда электрон ведет себя как волна, а иногда как частица, но никогда как и то и другое сразу. Согласно идее Бора, не может существовать более полного описания электрона или вообще чего-либо – только неполные и несовместимые друг с другом, никогда не перекрывающиеся аналогии. В этом, по словам Бора, и заключается суть дополнительности, и эта ситуация принципиально неизбежна и непреодолима. Новая квантовая теория показала, что невозможно дать единое однозначное описание электрона, которое годилось бы «на все случаи жизни».

Бор указал на принцип неопределенности Гейзенберга как на неизбежность выполнения принципа дополнительности. На примере гейзенберговского гамма-лучевого фонарика он объяснил, что нет никакой возможности избежать изменения импульса электрона при наблюдении его положения, и наоборот. Затем Бор, как до него и Гейзенберг, повторил вслед за Махом[82], что невозможность одновременно измерить обе характеристики электрона означает, что он и не имеет этих характеристик в одно и то же время. Положение и импульс, подобно частице и волне, дополнительны – их никогда нельзя использовать одновременно, но для полного описания ситуации необходимы оба эти параметра.

Но Бор ошибался. В дополнительности не было никакой неизбежности и необходимости. Возможны и другие интерпретации квантовой физики[83]. Конечно, заявить о неизбежности определенного подхода к сложной научной проблеме – значит сделать очень сильное и странное утверждение, ведь любую теорию всегда можно интерпретировать заново. Но Бор был убежден, что дополнительность – глубочайшее свойство природы, обнаруженное в рамках квантовой теории.

Еще более странно то, что Бор подкрепил свои рассуждения примером с гамма-лучевым фонариком. Конечно, этот мысленный эксперимент хорошо иллюстрирует ситуацию в мире, в котором нашему знанию поставлены пределы. Но в этом же мире у частиц в любой момент есть точно определенные положения и скорости. Столкновение электрона с гамма-фотоном не может изменить импульс электрона – при условии, что этим импульсом электрон обладает. Мы не знаем, чему он равен, но это, конечно, не одно и то же, что сказать, что его вообще не существует.

Что в действительности хотел сказать Бор, всегда трудно понять – настолько витиеватым и туманным языком написаны его тексты. Но именно так дополнительность обычно и понимают. Что же касается аудитории, слушавшей речь Бора на озере Комо, неясно, что они поняли вообще. Реакция на его выступление оказалась сдержанной. Многие из слушателей были учениками и сотрудниками Бора: Гейзенберг, Паули, Борн. Они провели много времени в Копенгагене и уже слышали, как Бор излагал эти идеи. На многих других речь Бора вообще не произвела впечатления. «[Дополнительность] не дает вам никаких новых уравнений»[84], сказал английский физик Поль Дирак. (Он не просто иронизировал – он-то как раз новые уравнения получил. Ему удалось искусно объединить квантовую физику со специальной теорией относительности, что привело к новой теории элементарных частиц – квантовой теории поля. Теория Дирака предсказала существование антивещества, что в 1933 году принесло ему Нобелевскую премию.) Юджин Вигнер, блестящий венгерский специалист по математической физике, с этим согласился, констатировав, что «принцип Бора не изменит нашего подхода к физике»[85]. Шрёдингер, конечно, с Бором был категорически не согласен, но Шрёдингера на конгрессе не было. Накануне он получил выгодное назначение на должность профессора физики в Берлине и был занят переездом на новое место из Швейцарии. Для Эйнштейна в идеях Бора тоже не было ничего привлекательного – но Эйнштейн тоже не приехал. Пятью годами раньше фашист Бенито Муссолини захватил в Италии власть, промаршировав по Риму во главе 30 000 чернорубашечников, и Эйнштейн решил, пока он и его молодчики находятся у руля, бойкотировать все проходящие в Италии физические конференции. Через месяц, однако, Бор и многие бывшие на озере Комо физики собрались снова, на этот раз на престижную конференцию в Брюсселе, участие в которой было возможно только по приглашениям. Приехали Эйнштейн, Шрёдингер и многие другие. К решающему сражению все было готово.

3

Уличная потасовка

Эрнст Сольвей мечтал оставить в мире след при помощи своих денег. Как до него Альфред Нобель, он разбогател, занимаясь химической промышленностью – хоть и не такими разрушительными ее отраслями, как производивший динамит Нобель. И так же, как Нобель, он надеялся улучшить этот мир, способствуя научным исследованиям. В 1911 году на деньги Сольвея в его родной Бельгии была организована конференция, посвященная зарождающейся квантовой теории. Конференция прошла с оглушительным успехом, и это вдохновило Сольвея на организацию научных конгрессов высочайшего уровня «для избранных» по вопросам, лежащим на стыке физики и химии. В 1922 году Сольвей скончался, но его конференции продолжают устраиваться по сей день и принадлежат к числу самых авторитетных научных собраний в мире. Однако Пятая Сольвеевская конференция, состоявшаяся в Брюсселе в октябре 1927 года, даже на этом фоне стоит особняком. Семнадцать из двадцати девяти ее участников были уже состоявшимися или будущими лауреатами Нобелевской премии; одна из них, Мари Кюри, получила эту премию дважды. Кроме Кюри, на конференцию приехали Эйнштейн, Планк, Шрёдингер, Бор, Гейзенберг, Борн, Дирак, Паули. Общую фотографию участников можно увидеть во многих учебниках квантовой физики. И вместе с этим фото из поколения в поколение физики из уст в уста передают друг другу легенду, что-то вроде первозданного мифа о рождении квантовой физики[86]:

«Как-то раз группа великолепных физиков открыла квантовую механику. Новая теория оказалась очень успешной. Но Эйнштейн не мог согласиться с радикально новой картиной мира, которую рисовала квантовая физика, несмотря на то что он сам сыграл в ее зарождении огромную роль (и еще несмотря на то что когда-то физики старших поколений так же не могли согласиться с его собственной теорией относительности). Провозглашая свой знаменитый девиз “бог не играет в кости”, Эйнштейн много раз спорил за чашкой кофе с Бором. Начались эти споры на Сольвеевском конгрессе в 1927 году – там Эйнштейн то так, то этак пытался обойти придуманный Гейзенбергом принцип неопределенности. В конце концов Бор победил. Все остальные физики согласились, что квантовая физика верна, а копенгагенская интерпретация дает верный ключ к ее пониманию. Но Эйнштейн так и не принял новую теорию и до самой смерти настаивал на том, что случайность не может лежать в основе всей природы. Вот так-то, – заключает легенда, – даже величайшие и славнейшие физики иногда ошибаются».

Рис. 3.1. Пятый Сольвеевский конгресс, Брюссель, 1927. Первый ряд: Эйнштейн (в центре); Кюри (третья слева); Планк (второй слева). Второй ряд: Бор (крайний справа); Борн (второй справа); де Бройль (третий справа). Третий ряд: Гейзенберг (третий справа); Паули (четвертый справа); Шрёдингер (в центре)

Кое-что в этой истории правда. Правда, что Эйнштейн и Бор расходились во взглядах на квантовую физику. Правда, что они спорили о ней на Сольвеевской конференции в 1927 году и после нее. И правда, что Эйнштейн сказал «бог не играет в кости»[87], хоть сказал он это не в Брюсселе в 1927 году, а в письме к Максу Борну в 1926-м. Но почти во всех остальных важных вещах – в том, что касается затруднений, которые Эйнштейн находил в квантовой физике, и защиты ее Бором, в пересказе содержания копенгагенской интерпретации и в том, что все остальные физики после 1927 года ее в целом приняли, – ни грамма правды нет. Правда совершенно другая, и она гораздо интереснее, чем эта общепринятая легенда.

Луи де Бройль, физик и французский аристократ, выступал на Пятой Сольвеевской конференции одним из первых. Всего за три года до этого он защитил докторскую диссертацию. Де Бройль первым предположил, что все фундаментальные составляющие вещества могут проявлять себя и как частицы, и как волны. Многие из своих аргументов он позаимствовал у Эйнштейна: его научный руководитель, Поль Ланжевен, не зная, как отнестись к идее де Бройля, написал Эйнштейну, прося совета. Эйнштейн горячо откликнулся на это письмо: он сказал, что де Бройль «приоткрыл уголок великой завесы»[88]. Защита де Бройля прошла успешно.

На конференции в Брюсселе де Бройль представил новую идею. Умело манипулируя уравнением Шрёдингера, используя все тот же математический аппарат, он развернул совершенно новую картину квантовой физики. Вместо неполной и противоречивой схемы «дополнительных» частиц и волн де Бройль описал квантовый мир, в котором частицы и волны мирно сосуществовали. Частица распространялась вслед за «волной-пилотом», которая и управляла ее движением. В этом де Бройль предвосхитил интерпретацию квантовой физики, развитую спустя четверть века Бомом. Частицы у де Бройля двигались вполне детерминированным, однозначным образом, несмотря на статистическое правило Борна, согласно которому волновая функция служит инструментом вычисления вероятности. Однако частицы удовлетворяли и гейзенберговскому принципу неопределенности, так как их пути были скрыты от глаз наблюдателя – ни один эксперимент не мог выявить полной траектории частицы, в точном соответствии с тем, что утверждал Гейзенберг. Де Бройль нашел способ вернуть квантовому миру обусловленность и причинность, не принося при этом в жертву достигнутое в квантовой физике великолепное соответствие между теорией и наблюдениями.

Идеи де Бройля были встречены с интересом и вызвали бурные споры. Вольфганг Паули быстро нашел возражение: он заявил, что теория де Бройля противоречит известным теоретическим исследованиям столкновений частиц. Де Бройль, путаясь и сбиваясь под огнем методичных аргументов Паули, все же сумел доказать, что тот ошибается. Возражение Паули основывалось на глубоко ошибочной аналогии, которая поначалу и сбила французского герцога с толку. И хотя ответ де Бройля был исчерпывающим, Паули он не удовлетворил[89].

Другое, более серьезное возражение высказал по поводу интерпретации де Бройля Ганс Крамерс, голландский физик, в прошлом ученик Бора. Он указал, что, когда фотон отскакивает от зеркала, зеркало в свою очередь должно испытывать отдачу. Но, как заметил Крамерс, теория де Бройля этой отдачи не описывает. Де Бройль признал, что не может ответить на этот вопрос. Однако ни де Бройль, ни Крамерс не заметили, что на самом деле отдачу зеркала описать в рамках теории де Бройля вполне возможно. Для этого требовалось всего лишь рассматривать и фотон, и зеркало – а не один только фотон – как квантовые объекты. Но, как и большинство физиков этого времени, де Бройль считал, что квантовая физика применима только к микроскопическим объектам, – потому-то он и не смог возразить Крамерсу. Вскоре после конференции де Бройль и сам отказался от своих идей по причинам, связанным с аргументами Крамерса[90].

Затем выступили Борн и Гейзенберг. Они представили свою формулировку законов квантовой физики, основанную на матричном подходе. В этой теории главную роль играли принципиально случайные квантовые скачки. Подходя к концу своей презентации, докладчики дерзко заявили, что квантовая физика – это «замкнутая теория, фундаментальные физические и математические положения которой больше не подлежат никаким исправлениям»[91]. Другими словами, построение квантовой физики полностью завершено: нет более никакой необходимости копаться в ее внутренностях и пытаться найти что-либо новое, ни в смысле математики, ни в смысле интерпретации. Следующим говорил Бор. Он в основном перефразировал свою лекцию, прочитанную на озере Комо, подчеркнув, что описания квантового явления в терминах волн и частиц дополнительные, а не противоречивые: оба они необходимы для полного описания, но никогда не могут быть использованы, чтобы описать один и тот же объект в одно и то же время[92].

Эйнштейн несколько дней сидел и слушал, он почти не подавал голоса, только обменивался замечаниями со своим близким другом Полем Эренфестом и мягко подшучивал над «копенгагенским лагерем». Он выжидал, тщательно оттачивая формулировки своих мыслей, прежде чем выступить. И вот во время общей дискуссии он поднялся для выступления. Все в зале знали, что у Эйнштейна есть серьезные сомнения по поводу идей Бора и Гейзенберга. И все взгляды устремились на него, когда он подошел к доске, чтобы набросать на ней схему простого мысленного эксперимента, содержавшего сокрушительную критику копенгагенской интерпретации.

* * *

Почему Бор, Гейзенберг и другие были так твердо убеждены, что квантовый мир недоступен визуализации? Почему они считали, что вещи не могут быть реальными, пока они не наблюдаются? Почему настаивали на том, что классический мир и мир квантов подчиняются принципиально разным законам? Короче, почему они верили в странную совокупность утверждений, получивших название копенгагенской интерпретации?

Самый очевидный ответ на этот вопрос кроется в харизме Нильса Бора, в силе воздействия его могучей личности. Но неясно, откуда у Бора появились эти идеи и, более того, появились ли они вообще. Стиль Бора столь сложен для понимания и запутан, что трудно сказать, какова была его истинная позиция; еще труднее понять, какие именно идеи оказали на него влияние. (Поистине замечательно, что, по мнению учеников и коллег Бора, в основе пресловутой невразумительности его высказываний лежит именно дополнительность. Если верить его студентам, Бор сам говорил, что «правда дополнительна к ясности»; поэтому, по их словам, «Бор был очень плохим докладчиком, так как слишком заботился о правде». Его предложения были «длинными, незаконченными и невразумительными», потому что он «стремился к точности»[93].) Но нарочито невразумительный стиль Бора не останавливает тех, кто пытается проследить источники его идей: напротив, теоретизирование по поводу того, что происходило в голове Нильса Хенрика Дэвида Бора, у физиков превратилось в какой-то народный промысел. Одни считают, что в первую очередь он находился под влиянием Канта; другие указывают на его соотечественника Серена Кьеркегора (на кладбище Ассистенс в Копенгагене его могила находится всего в нескольких десятках ярдов от надгробия Бора); третьи видят в противоречиях дополнительности влияние гностицизма. Леон Розенфельд, наиболее верный и преданный защитник Бора, видит в его работах и мыслях логическое продолжение марксизма; и уж конечно, это мнение не имеет совершенно никакого отношения к тому, что сам Розенфельд – ярый марксист. Короче говоря, о Боре написано очень много, но никакого определенного заключения из этого вывести нельзя (впрочем, некоторое влияние Канта большинство авторов все же признают).

Но сложность стиля Бора и его чудесный дар возбуждать беззаветную преданность в учениках и сотрудниках не дают нам полного объяснения. Другая часть ответа связана с интеллектуальной атмосферой того времени. Вероятно, например, сыграла свою роль антиматериалистическая культура Веймарской Германии[94], находившейся между двумя войнами. Гейзенберг и другие определенно оказались под влиянием Эрнста Маха и его последователей, философов «венского кружка», разработавших учение логического позитивизма. Это воззрение продолжало развиваться с той точки, на которой остановился Мах, – согласно ему, любое утверждение, относившееся к чему-либо ненаблюдаемому, было не просто плохой наукой, оно было буквально бессмысленно. И следовательно, говорить о чем-то, что происходит в квантовых системах, когда никто этого не видит, просто абсурдно[95].

Влияние логических позитивистов на воззрения основателей квантовой физики особенно заметно на личном примере Вольфганга Паули. Паули родился и вырос в Вене, его крестным отцом был сам Эрнст Мах. Прямой, остроумный, глубоко одаренный, Паули пользовался огромным авторитетом среди физиков своего времени. Гейзенберг и Бор добивались его одобрения. Но получить это одобрение было нелегко – ядовитые реплики Паули стали легендарными, его прозвали «бичом божьим»[96]. «Дело не в том, что вы медленно соображаете, главное, чтобы вы не публиковали ваши работы быстрее, чем успеваете думать»[97], сказал он как-то коллеге-физику. О статье другого физика он пренебрежительно высказался так: «О ней даже нельзя сказать, что она ошибочна»[98]. Даже его похвалы были обычно «с двойным дном»: как-то после лекции, прочитанной Эйнштейном в Мюнхенском университете в переполненной слушателями аудитории, Паули воскликнул: «А знаете, то, что сказал господин Эйнштейн, совсем не так уж глупо!»[99] В обсуждениях вопросов квантовой интерпретации Паули часто занимал позитивистскую позицию. По его мнению, беспокоиться о положении объекта прежде, чем оно измерено, бесполезно. «Ломать голову над вопросом о том, существует ли нечто, о чем мы не можем ничего узнать, – говорил он, – это все равно что решать древнюю задачу о том, сколько ангелов может уместиться на кончике иглы»[100].

Позитивизм повлиял и на остальных представителей «копенгагенского лагеря», но в разной степени. И применяли они его различными способами, что вызывало между ними разногласия. Бор вообще отказался от идеи квантового мира. «Никакого квантового мира не существует, – заявлял он. – Изолированные материальные частицы – это абстракции, свойства частиц в квантовой теории определяемы и наблюдаемы только через их взаимодействия с другими системами»[101]. А вот Гейзенберг считал, что квантовый мир существует – и он устроен иначе, чем наш обычный мир. «Атомы или элементарные частицы не так реальны, как явления повседневной жизни; они образуют мир потенциальных возможностей[102], а не мир вещей и фактов». Йордан думал, что «наблюдения не только возмущают объект измерения – они создают его». Он заявлял, что именно измерение параметров электрона «заставляет его занять определенное положение». Но если квантового мира не существует, как полагал Бор, то измерения не могут заставить что бы то ни было в нем произойти! Паули тоже противоречил Бору: он считал, что наблюдение вносит «неопределимые эффекты», которые возмущают наблюдаемые системы неконтролируемым образом[103]. Но ведь наблюдения никак не могут внести возмущение в квантовый мир, если никакого квантового мира, согласно Бору, не существует! Паули, возможно, вошел в противоречие даже с самим собой: он ведь отрицал саму возможность говорить о чем-то, что происходит в отсутствие наблюдателя. Но если бессмысленно говорить о вещах прежде их наблюдения, как тогда мог Паули сказать, что наблюдения внесли во что-то возмущения? В свою очередь, Гейзенберг и Йордан явно противоречили Паули: у них возможность высказывать сильные утверждения о ненаблюдаемых системах никаких сомнений не вызывала. В общем, миф о том, что все эти физики создали единую копенгагенскую интерпретацию, не более чем миф[104].

И все же, невзирая на все различия и расхождения, у Бора, Гейзенберга и остальных членов гёттингенско-копенгагенской группы кое-что общее было. Все они соглашались: бессмысленно говорить о том, что в квантовом мире происходит «в действительности». Им было достаточно возможности делать точные предсказания о результатах измерений. Как выразился Бор через много лет после Сольвеевского конгресса, «неправильно думать, что задача физики – выяснять, что собой представляет природа. Физика устанавливает, что мы можем сказать о природе»[105]. Стало быть, квантовая физика не обязана представлять последовательную и самосогласованную картину того, что происходит в мире, ведь согласно боровскому принципу дополнительности такая картина принципиально невозможна. Достаточно всего лишь точно описать доступные измерению свойства мира, не вдаваясь в вопрос о том, что именно в нем происходит. Короче говоря, квантовую физику не следует серьезно рассматривать как теорию, объясняющую свойства реального мира, – это всего лишь инструмент точного предсказания результатов измерений. Несерьезность эту, однако, следует рассматривать очень серьезно: выдвигая свою версию квантовой физики как «замкнутой теории», Гейзенберг и Борн исключали тем самым саму возможность объяснения квантового мира, независимо от наблюдений, даже в принципе.

Именно здесь и расходились пути Эйнштейна, Бора, Гейзенберга и их идейных соратников. Согласно Эйнштейну, «основная цель всей физики» заключается в «полном описании любой (индивидуальной) реальной ситуации (поскольку она предположительно существует безотносительно какого-либо акта наблюдения или обоснования)». Эйнштейн знал, что, принимая эту точку зрения, он идет против интеллектуального тренда своего времени: «Когда позитивистски настроенный современный физик слышит такие формулировки, его реакцией может быть лишь улыбка сожаления»[106]. Но Эйнштейн считал позитивизм совершенно безосновательным. Он видел в этой концепции полное отторжение идеи физического мира, практически означающее, что реальность существует только в наших головах: «Что мне не нравится в этой аргументации, так это ее в основе своей позитивистский характер, с моей точки зрения несостоятельный; мне кажется, он сводится к тому же принципу, которого придерживался [ирландский философ Джордж] Беркли: esse est percipi [“быть” – значит быть воспринимаемым]»[107]. Хотя Эйнштейн не сомневался в важности новой квантовой теории, он был убежден, что Борн и Гейзенберг ошибаются, говоря о завершенности квантовой физики, и что боровская философия дополнительности неадекватна истинной природе квантового мира. Придуманный им мысленный эксперимент был прост, элегантен и направлен в самое сердце этой неадекватности.

* * *

Рассмотрим, сказал Эйнштейн участникам Сольвеевской конференции, поток электронов, проходящий через очень маленькую дырочку в экране (рис. 3.2). По другую сторону экрана расположена покрытая фосфоресцирующей пленкой полусфера, которая может регистрировать отдельные электроны. В соответствии с законами квантовой физики волновая функция потока электронов должна быть однородна – вероятность того, что электрон попадет в пленку, одинакова в любой точке полусферы. И это хорошо – если правила квантовой физики говорят вам, что в ходе вашего эксперимента на квадратный сантиметр пленки попадет десять электронов, значит, в среднем так оно и будет. Квантовая физика прекрасно умеет описывать коллективное поведение больших групп частиц, но при этом она может определять только вероятности; точно вычислить, сколько электронов попадет в каждую часть экрана, она не умеет, мы можем надеяться получить лишь средние значения.

Рис. 3.2. Мысленный эксперимент Эйнштейна на Сольвеевском конгрессе. Когда электрон попадает в пластинку, откуда остальная часть волновой функции «знает», что надо немедленно коллапсировать? (По диаграмме, приведенной в Bacciagaluppi, Valentini 2009, стр. 486)

Эйнштейн попросил присутствующих рассмотреть случай, в котором через отверстие пролетает одиночный электрон. Квантовая физика по-прежнему предсказывает, что электрон с одинаковой вероятностью сможет попасть в любую точку экрана – никаких более точных предсказаний мы не получим. Что ж, хорошо – может быть, это просто значит, что теория неполна или в каком-то отношении ограничена. Однако, напомнил аудитории Эйнштейн, Гейзенберг и Борн объявили квантовую физику законченной, полной и замкнутой в том объеме, в котором она нам известна. В этом случае не существует никакого средства определить конкретную точку, в которой электрон столкнется с пленкой. Но это создает проблему – и она вовсе не в том, что в природе вещей заключена случайность.

Проблема, с которой мы здесь сталкиваемся, это проблема нарушения принципа локальности (близкодействия)[108]. Он заключается в том, что нечто, происходящее в одной точке, не может мгновенно повлиять на событие, происходящее где-либо еще. Волновая функция нашего одиночного электрона равномерно распределена по всей покрытой пленкой полусфере, и согласно Гейзенбергу, Борну и Бору собственно электрон не находится нигде. Тот факт, что волновая функция электрона распределена равномерно, попросту означает, что пленка с одинаковой вероятностью зарегистрирует столкновение с электроном в любой ее точке. Но, спросил Эйнштейн, что происходит с волновой функцией, когда пленка действительно регистрирует это столкновение в некоторой конкретной точке? Борн показал, что волновая функция частицы пропорциональна вероятности нахождения этой частицы в конкретном месте. Но как только электрон сталкивается с пленкой в конкретной точке, вероятность того, что он попадет в какую-либо другую точку, немедленно обращается в нуль. Значит, каким-то образом волновая функция должна мгновенно обнолиться на всей полусфере в тот момент, когда точка на пленке отметит место удара электрона. Если мы хоть чуть-чуть уклонимся от требования мгновенно обнулить волновую функцию, у нас появится риск увидеть, как пленка регистрирует несуществующий второй электрон в той точке, в которой волновая функция не успела обратиться в ноль. «Этот полностью нереальный механизм действия на расстоянии, – сказал Эйнштейн, – для меня означает противоречие с принципом относительности [то есть со специальной теорией относительности]»[109]. В ней утверждается совершенно ясно, что ни объекты, ни сигналы не могут двигаться быстрее света. Таким образом, если квантовая физика действительно является полным описанием природы, то в ней нарушается принцип относительности. Отсюда Эйнштейн делал очевидный вывод: электрон должен был находиться в некоторой конкретной точке еще до того, как он столкнулся с пленкой, несмотря на то что квантовая физика не могла ничего сказать о его точном местонахождении. По мнению Эйнштейна, этот вывод был единственным способом избежать требования мгновенного коллапса волновой функции и нарушения принципа локальности. А следовательно, квантовая физика давала неполное описание природы, и, чтобы понять истинные законы квантового мира, требовалось ее, физики, развитие. В частности, чтобы снять противоречия с принципом относительности, частицы должны в любой момент обладать определенными положениями, а не только волновой функцией. «Мне кажется, мсье де Бройль прав[110], занимаясь поисками в этом направлении», – заключил Эйнштейн.

Рис. 3.3. Эйнштейн и Бор, около 1930 года

Реакцию участников конференции на мысленный эксперимент Эйнштейна можно было назвать скрытым непониманием. Бор, к его чести, это непонимание признал откровенно. «Я чувствую себя в очень трудном положении, так как не понимаю, что именно Эйнштейн хочет доказать, – сказал он. – Но это, без сомнения, моя вина»[111]. Простой мысленный эксперимент Эйнштейна содержал сокрушительную критику копенгагенской позиции, но, возможно, сама его простота, как ни парадоксально, стала помехой для его осознания: объяснения Эйнштейна были довольно краткими и могли создать впечатление, что он просто запутался в понимании природы вероятности[112]. В частности, Бор, как видно, уловил мысль Эйнштейна довольно плохо: позже он вспоминал, что у Эйнштейна были сомнения в отношении принципа неопределенности Гейзенберга и он придумал мысленный эксперимент, чтобы как-то этот принцип обойти. Таким образом, для участников Сольвеевской конференции эйнштейновское замечание по поводу нарушения локальности прошло незамеченным. Но Эйнштейн вскоре построил новые мысленные эксперименты, упорно выявляя трудности, которые, как он видел, стояли перед квантовой физикой.

* * *

На следующей Сольвеевской конференции, в 1930 году, Эйнштейн представил Бору другой мысленный эксперимент. В нем участвовало воображаемое устройство, которое содержало пружинный динамометр и подвешенный к нему заполненный светом ящик с точными часами. Бор опять подумал, что Эйнштейн пытается обойти квантовый принцип неопределенности. После недолгого раздумья Бор объявил, что эйнштейновский мысленный эксперимент «провалился» – Эйнштейн не учел некоторых следствий собственной общей теории относительности.

Этот легендарный эпизод вошел в историю квантовой физики – Эйнштейн подорвался на собственной мине[113]. Но на деле неправым оказался Бор. Придумывая мысленный эксперимент, Эйнштейн вовсе не собирался обходить принцип неопределенности – в центре его внимания, как и на Сольвеевском конгрессе тремя годами раньше, снова была локальность. По словам Поля Эренфеста, друга Эйнштейна, тот «более не имел никаких сомнений по поводу соотношений неопределенности» и разработал этот мысленный эксперимент «с совершенно иной целью»[114]. Бор снова попал пальцем в небо[115].

Прошло еще несколько лет, и Эйнштейн предложил еще один мысленный эксперимент, демонстрирующий проблемы с локальностью. На этот раз эхо эйнштейновского выступления отдавалось в течение нескольких десятилетий. Эйнштейн и двое его сотрудников, Борис Подольский и Натан Розен, в 1935 году опубликовали статью с провокационным названием «Можно ли считать полным квантово-механическое описание физической реальности?»[116]. Эту статью, часто обозначаемую инициалами ее авторов (ЭПР), иногда представляют как последнюю отчаянную попытку Эйнштейна выиграть схватку с Бором. Но на деле вся эта история оказалась гораздо более запутанной – и гораздо более интересной.

На первый взгляд, в работе ЭПР речь идет не о локальности, а, по иронии судьбы, именно о том, как обойти гейзенберговский принцип неопределенности. Но вместо того, чтобы придумывать способ прямо измерить импульс и положение одиночной частицы в одно и то же время, что Эйнштейн будто бы делал в своих предыдущих мысленных экспериментах, авторы ЭПР это делают косвенным путем. В предлагаемом ими эксперименте воображаемая пара частиц, A и B, испытывает лобовое столкновение, взаимодействует друг с другом некоторым весьма специальным и чувствительным образом, а затем разлетается в противоположных направлениях. Суммарный импульс всегда сохраняется – это основной закон природы, – и потому общий импульс этих частиц на любой момент времени известен. А способ взаимодействия частиц таков, что расстояние между ними в любой заданный момент легко вычислить.

В классической ньютоновской физике эта ситуация напоминает случай, когда два одинаковых бильярдных шара сталкиваются лоб в лоб и затем отскакивают друг от друга к противоположным стенкам огромного бильярдного стола. Так как общее количество движения пары должно быть нулевым, то, зная скорость и направление движения одного из шаров, мы тем самым мгновенно установим, что второй шар движется с той же самой скоростью в противоположном направлении. Подобным же образом, определение положения одного из шаров на некоторое время тут же даст нам положение и другого, если мы знаем время и точку столкновения.

В квантовой физике ситуация несколько более сложная, так как мы не можем одновременно измерить и импульс, и положение частицы. Когда частицы A и B находятся далеко друг от друга, мы можем либо измерить импульс частицы A, что мгновенно снабдит нас и знанием импульса частицы B, либо вместо этого измерить положение частицы A, что опять-таки мгновенно расскажет нам о том, где находится частица B. Согласно копенгагенской интерпретации, у частиц нет таких характеристик, как положение или импульс (как нет и никаких других), до тех пор, пока мы эти характеристики не измерили. Но, говорится в ЭПР, измерения, выполненные для одной из частиц, не могут мгновенно повлиять на находящуюся на большом расстоянии от нее другую частицу. Следовательно, чтобы обеспечить соответствие своих характеристик результатам измерения, которое мы производим с удаленной частицей A, частица B должна изначально обладать определенным положением и импульсом. Но квантовая физика не позволяет нам одновременно предсказывать и положение, и импульс одиночной частицы! Итак, заключает ЭПР, квантово-механическое описание является неполным – существуют характеристики, которых оно не отражает. Статья ЭПР заканчивается выражением надежды на то, что усовершенствованная теория сможет описать недостающие характеристики: «Хотя мы, таким образом, показали, что волновая функция не обеспечивает полного описания физической реальности, мы оставляем открытым вопрос о том, существует ли такое описание вообще. Однако мы верим, что данная теория возможна».

«Нападение» самого знаменитого ученого в мире на хорошо всем известную (хоть и не всем понятную) теорию, да еще в таких резких выражениях, конечно, вызвало шумиху в газетах, особенно после того, как Подольский преждевременно «слил» эту историю репортерам. «Эйнштейн атакует квантовую теорию», – раструбила New York Times 4 мая 1935 года, за несколько дней до публикации статьи ЭПР. «Ученый и Двое Его Коллег Обнаружили Что Она “Неполна” Хоть И “Верна”!»[117] Разъяренный Эйнштейн немедленно послал в редакцию опровержение: «Информация, на которой основывается заметка “Эйнштейн атакует квантовую теорию”[118], предоставлена вам без моего разрешения. Я неизменно придерживаюсь правила обсуждать научные вопросы только на соответствующих дискуссионных площадках и решительно возражаю против преждевременных публикаций сообщений по этим вопросам в непрофессиональных изданиях»[119].

Допущенная Подольским «утечка информации» стала не единственной причиной плохого настроения Эйнштейна. Несмотря на то что он поставил свое имя под статьей ЭПР, сам он ее не писал – более того, он был ею недоволен. Вскоре после ее публикации он сказал Шрёдингеру, что статью ЭПР «после долгих споров написал Подольский. И она все-таки не получилась такой, как мне изначально хотелось: самое, пожалуй, существенное в ней оказалось, так сказать, задушено [математикой]». Далее в том же письме Эйнштейн говорит, что ему «наплевать»[120] на принцип неопределенности: настоящие трудности, которые он встречает в квантовой физике, не имеют к этому принципу никакого отношения.

Для Эйнштейна главным пунктом мысленного эксперимента ЭПР опять-таки были трудности с локальностью. Если вы измеряете импульс частицы A, то вы знаете и импульс частицы B. Но так как частица B находится на большом расстоянии от A, то согласно принципу близкодействия невозможно, выполняя измерение частицы A, мгновенно воздействовать на частицу B. Следовательно, свой импульс частица B должна была приобрести в момент столкновения частиц A и B, как это было с бильярдными шарами.

Но квантовая физика не позволяет нам вычислить импульсы частиц A и B в момент их столкновения. Квантовая волновая функция соединяет частицы A и B некоторым странным образом. Вследствие своего столкновения частицы A и B приобретают единую волновую функцию вместо индивидуальных волновых функций для каждой частицы. Но эта объединенная волновая функция ничего не говорит нам о том, каковы были импульсы частиц до измерения. Она просто гарантирует, что если измерить импульс частицы A, то импульс частицы B всегда будет равным по величине и противоположно направленным.

Согласно копенгагенской интерпретации, до измерения у частиц не существует определенных характеристик. Получается, что если у частиц A и B до того, как мы произвели измерения, имеются определенные импульсы, то копенгагенская интерпретация ошибочна и квантовая физика дает неполное описание природы. Но если у частиц A и B до измерения не имеется определенных импульсов, то выходит, что для того, чтобы обеспечить равенство и противоположную направленность импульсов частиц, акт измерения импульса частицы A должен мгновенно воздействовать на частицу B, – даже если частица A находится в Нью-Йорке, а B – на Луне. А это нарушает принцип локальности. Короче говоря, квантовая физика либо неполна, либо нелокальна. Вот этот вынужденный выбор и был, по словам Эйнштейна, «задушен» в статье ЭПР[121].

Эйнштейн отвергал всякую возможность нарушения принципа локальности. В письме к Максу Борну он как-то назвал такое нарушение «жутким дальнодействием»[122]. Он настаивал, что нет никаких причин предполагать существование таких странностей – факты вполне можно объяснить неполнотой квантовой теории:

«Когда я рассматриваю известные мне физические явления, в особенности те, которые так успешно описываются квантовой механикой, я по-прежнему не в состоянии найти ни одного факта, который указывал бы, что от принципа локальности придется отказаться. Поэтому я склонен считать, что квантово-механическое описание в смысле копенгагенской интерпретации следует рассматривать как неполное и косвенное описание реальности, которое впоследствии будет заменено более полным и непосредственным»[123].

Рис. 3.4. Опыт ЭПР. Два бильярдных шара сталкиваются и разлетаются в противоположных направлениях. Когда Альберт измеряет импульс своего шара, он мгновенно вычисляет и импульс шара Нильса, даже если Альберт находится в Нью-Йорке, а Нильс – в Лондоне. Либо шар Нильса уже имел этот импульс в Лондоне до того, как Альберт провел свое измерение в Нью-Йорке, либо имеет место «жуткое дальнодействие», мгновенно связывающее два бильярдных шара через Атлантику

Между тем, физическое сообщество было шокировано «парадоксом ЭПР». «Придется теперь начинать все сначала, ведь Эйнштейн доказал, что все неправильно»[124], – сетовал Дирак. Паули в ярости написал Гейзенбергу, называя выступление Эйнштейна «катастрофой» и уговаривая Гейзенберга публично выступить в ответ[125]. Когда Гейзенберг узнал, что над ответом уже работает Бор, он забросил свой черновик – пусть патрон сам даст отповедь новой ереси Эйнштейна.

«Этот удар обрушился на нас, как гром среди ясного неба. На Бора он подействовал с необыкновенной силой, – говорил Леон Розенфельд. – Как только Бор услышал мой рассказ об аргументах Эйнштейна, все дела были отложены; возникшее недоразумение необходимо было устранить немедленно»[126]. И Бор с помощью Розенфельда тут же принялся за составление ответа. Известный своей мучительно медленной манерой написания статей, на этот раз Бор накропал свой ответ ЭПР за шесть недель – «с поразительной для него скоростью»[127], как говорит Розенфельд – и отослал его в Physical Review, тот же самый журнал, который напечатал статью ЭПР.

В своем ответе Бор тщательно анализирует мысленный эксперимент ЭПР. Он соглашается с тем, что измерение импульса частицы A не могло бы «механически» воздействовать на частицу B – об этом «не может быть и речи». Но, настаивает он, «речь может идти о влиянии условий, которые определяют возможные типы предсказаний поведения системы»[128]. К сожалению, осталось неясным, какое различие пытался провести Бор между «механическим воздействием», с одной стороны, и «влиянием» – с другой. Хотел ли он сказать, что измерение частицы A могло мгновенно воздействовать на частицу B? Может быть. Думал ли он, что квантовая физика вследствие этого должна быть нелокальной? И это возможно. На попытки расшифровать ответ Бора на статью ЭПР истрачено невероятное количество чернил, но ясного консенсуса по поводу того, что он имел в виду или думал ли он, что квантовая физика нелокальна[129], так и не удалось достичь.

Впоследствии Бор сам извинялся за качество своего текста. Почти через пятнадцать лет, оглядываясь назад, он писал, что «глубоко осознавал неэффективность своих высказываний»[130] в решающей части[131] своего ответа ЭПР. Но детализировать свои возражения он не стал, только заметил, что в квантовом мире невозможно резко разграничить поведение объектов, которые вы хотите измерить, и их взаимодействие с измерительными устройствами. Неясно, как это замечание относится к аргументам ЭПР, и ясно, что оно никак не отвечает на вопросы Эйнштейна по поводу локальности.

Несмотря на сумбурность боровских формулировок, сам факт его ответа ЭПР рассеял беспокойство большинства представителей физического сообщества – хотя значительная часть физиков и соглашалась с Максом Борном, что стиль Бора был «часто туманным и невразумительным»[132]. То, что он написал, прочли немногие[133]. Но независимо от того, считал ли сам Бор, что копенгагенская интерпретация подразумевает нелокальность, большинство других физиков так не думали[134]. Насколько они понимали, ответ Бора просто-напросто значил, что копенгагенская интерпретация здравствует и процветает, а обвинениями в ее неполноте со стороны ЭПР можно спокойно пренебречь.

Только Шрёдингера копенгагенская интерпретация все еще не убеждала. Прочитав статью ЭПР, он написал Эйнштейну: «Я очень рад, что [в статье ЭПР] вы публично призвали догматическую квантовую механику[135] к ответу».

Но Шрёдингер еще и указал на некоторое неожиданное следствие из мысленного опыта ЭПР. Странная связь между частицами A и B, из-за которой им приходилось делить на двоих одну волновую функцию, оказалась не такой уж необычной. Об этом Шрёдингер тоже написал Эйнштейну и в том же году опубликовал на эту тему несколько работ. Эту связь он назвал «запутанностью»[136].

Запутанность, как обнаружил Шрёдингер, присутствует в квантовой физике повсеместно. Когда сталкиваются две субатомные частицы, они почти всегда становятся запутанными. Когда группа объектов образует объект большего масштаба, например субатомные частицы в атоме или атомы в молекуле, они становятся запутанными. По сути, почти любые взаимодействия между частицами приводят к их запутыванию и объединению их волновых функций в одну, как это происходит с частицами в мысленном эксперименте ЭПР.

Наблюдения Шрёдингера, показавшие, что запутанность проявляется в квантовой физике повсюду, только углубили трудности копенгагенской интерпретации. К любой запутанной системе можно было приложить эйнштейновскую дилемму: либо эта система нелокальна, либо квантовая физика не может полно описать все ее параметры. А Шрёдингер только что показал, что почти любое квантовое взаимодействие дает в результате запутанную систему. Получалось, что выбор, который ставили авторы ЭПР, не ограничивался каким-то одним уголком квантовой физики – он был глубоко укоренен в фундаментальной структуре квантовой теории.

Но и опасения Эйнштейна, что вопрос о выборе между нелокальностью и неполнотой в статье ЭПР оказался «задушен», увы, подтвердились. В письме к Эйнштейну Шрёдингер дал волю своему раздражению тем, как плохо другие физики улавливали смысл ситуации: «Это вроде того, как один говорит: “Ну и холодно же в Чикаго”, а другой отвечает: “Да бросьте, во Флориде настоящее пекло”»[137]. Эйнштейн и сам получал множество писем от физиков, которые с пеной у рта защищали копенгагенскую интерпретацию, указывая ему, в чем именно заключается ошибка в статье ЭПР. Правда, как он со смехом рассказывал, ошибка в каждом из этих писем указывалась не такая, как в предыдущем[138]! Многим казалось, что аргументы ЭПР, как и все претензии Эйнштейна к квантовой теории, базировались на представлении о работающей «как часы»[139] детерминированной Вселенной, Вселенной ньютоновской физики. Возможно, их всех сбивало с толку знаменитое восклицание Эйнштейна насчет бога, не играющего в кости. Но на деле вопросы, над которыми размышлял Эйнштейн, имели мало общего – если вообще имели что-то общее – с детерминизмом. Они касались проблем локальности и физической реальности, которая существует независимо от того, наблюдает ли ее кто-нибудь. Квантовая физика, говорил Эйнштейн, «избегает таких понятий, как реальность и причина»[140]. По его мнению, Бор сбил физику с правильного пути. В ответном письме к Шрёдингеру Эйнштейн назвал Бора «талмудическим философом, который за “реальность” гроша ломаного не даст – он считает ее идолом, которому поклоняются наивные люди»[141].

Все же в глазах большинства современных физиков озабоченность Эйнштейна была в лучшем случае надуманной и не имеющей реального основания, а в худшем – просто бестолковой. Английский физик Чарлз Дарвин (названный так в честь своего прославленного деда) сказал: «Один из моих основных принципов – не придавать значения деталям философии физики»[142]. Дарвин, как и многие физики, работавшие на переднем крае квантовых исследований, когда-то был студентом Бора, а вот с Эйнштейном не работал почти никто. Поэтому в схватке между этими гигантами по вопросам квантовой философии большинство физиков были склонны следовать «воскресной проповеди Бора»[143], как выразился физик Альфред Ланде. Сами-то они прилежно занимались собственными исследованиями вполне насущных практических вопросов квантовой физики. В конце концов, квантовая механика прекрасно работает, так о чем беспокоиться? Новая теория позволяла физикам с неслыханной точностью вычислять и предсказывать огромное количество явлений, большинство из которых имело очень мало или не имело вообще ничего общего с таинственной запутанностью. Разгадки требовали совсем другие тайны, относящиеся к области экспериментальных исследований, в частности темные и полные огромных энергий глубины атомного ядра. Менее чем через четыре года после публикации статьи ЭПР эти тайны были раскрыты – и мир охватила война.

4

Копенгаген на Манхэттене

Зимой 1955 года Вернер Гейзенберг читал курс лекций в университете Сент-Эндрюс в Шотландии. Холодная война была в разгаре; на протяжении предыдущего десятилетия Гейзенберг успел превратиться из непонятно как оказавшегося на территории Британии подданного враждебной державы в уважаемого представителя союзного государства. И все же он не был уверен в безупречности своей репутации среди коллег-физиков. Возможность выступить в Шотландии помогла бы ему эту репутацию укрепить.

Гейзенберг начал со знакомой копенгагенской проповеди. «Идея объективного реального мира, мельчайшие части которого существуют объективно в том же смысле, как камни или деревья[144], независимо от того, наблюдаем мы их, или нет, – сказал Гейзенберг, – невозможна». Каким же тогда образом наш мир камней и деревьев рождается из мира атомов и молекул? «Переход от “возможного” к “действительному” совершается в ходе акта наблюдения», – говорил Гейзенберг. Что же происходит, когда мы не смотрим? Согласно Гейзенбергу, такой вопрос нельзя даже ставить. «Если мы хотим описать, что происходит при атомном событии, мы должны осознавать, что слово “происходит” может применяться только к наблюдению, но не к состоянию между двумя наблюдениями». А как же «проблема измерения»? Что придает наблюдению его особые свойства? Чем бы это ни было, оно относится к области «физического», а не «психического», говорил Гейзенберг. «Переход от “возможного” к “действительному” происходит, как только объект начинает взаимодействовать с измерительным устройством и таким образом с остальным миром; оно не связано с актом регистрации результата в мозгу наблюдателя»[145]. И все же, отвечая на вопрос о том, что составляет «измерительное устройство» и почему оно подчиняется правилам, отличным от правил квантового мира, Гейзенберг был раздражающе неясным. Нигде в своей лекции он не предложил ничего, что помогло бы решить проблему измерения.

С другой стороны, Гейзенберг позаботился и о том, чтобы в своей лекции пролить как можно меньше света на различия между его собственными воззрениями и взглядами Бора. «Начиная с весны 1927 года у нас имеется непротиворечивая интерпретация квантовой теории[146], часто называемая копенгагенской интерпретацией», – заявил он. Но утверждать это было в лучшем случае преувеличением, и уж точно не соответствовало действительности, что выражение «копенгагенская интерпретация» в то время употреблялось «часто». По сути, Гейзенберг сам ввел это название всего несколькими месяцами раньше, в своем эссе, написанном к семидесятилетию Бора. И в этом эссе, и в своей лекции Гейзенберг изобразил копенгагенскую интерпретацию как единую коллективную концепцию, разработанную в 1927 году как самим Бором, так и несколькими другими физиками. Как в эссе, так и в лекции Гейзенберг взял на себя защиту копенгагенской интерпретации от ее противников. «Было много попыток критиковать копенгагенскую интерпретацию и заменить ее другой, более согласующейся с концепциями классической физики или материалистической философии»[147], – рассказывал Гейзенберг шотландской аудитории. Но, заключил он, это было попросту невозможно – этому мешали поразительные успехи квантовой физики, которую можно было интерпретировать только единственно верным копенгагенским способом.

Выражение «копенгагенская интерпретация» было новым. Но вряд ли это был первый случай, когда человек, работавший с Бором в Копенгагене, объявлял, что существует только один способ трактовать квантовую физику. У Гейзенберга была, впрочем, и дополнительная причина представлять себя архитектором и защитником квантовой ортодоксии. Британия и Германия когда-то наладили отношения друг с другом благодаря тому, что у них был общий враг. Вероятно, Гейзенберг надеялся проделать похожий маневр. Дело в том, что его неблаговидная деятельность во время войны почти полностью разрушила его отношения с Бором и остальными коллегами. Правда, в горниле войны и сама физика тоже радикально переплавилась – и, к счастью для Гейзенберга и его репутации, эти головокружительные перемены сделали ее гораздо более восприимчивой к копенгагенской интерпретации.

* * *

16 мая 1933 года Макс Планк, физик, с чьего закона излучения абсолютно черного тела началась квантовая революция, встретился с Адольфом Гитлером. Аудиенция у нового главы государства[148] была обязательной для Планка как руководителя Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft (Общество кайзера Вильгельма по развитию науки), крупнейшей научной ассоциации Германии. К этому моменту Гитлер был канцлером менее четырех месяцев, но он уже сосредоточил в своих руках всю полноту диктаторской власти в молодой Веймарской республике, оправдывая это якобы угрозой внутреннего терроризма, тень которой упала на общество после поджога Рейхстага. Теперь Гитлер провел закон, в соответствии с которым любому, кто не был чисто арийского происхождения, запрещалось занимать какие бы то ни было должности в системе государственной службы. Этот запрет распространялся и на профессуру в государственных университетах. Для Планка это было слишком. Он сказал Гитлеру, что «есть разные евреи: некоторые представляют ценность для человечества, а другие бесполезны. Необходимо их различать».

«Чепуха, – отрезал Гитлер. – Еврей есть еврей. Евреи всегда сбиваются в кучу, как пиявки».

Планк попробовал зайти с другого конца. «Мы повредили бы сами себе, заставив ценных евреев эмигрировать. Они нужны нам как ученые»[149].

Предположение, что ему может когда-нибудь потребоваться помощь еврея, вывело Гитлера из себя. «Если избавление от еврейских ученых означает уничтожение современной немецкой науки, придется нам несколько лет обходиться без науки!»[150] Начиная говорить все быстрее и быстрее, вспоминал позднее Планк, фюрер «взвинтил себя до такой степени бешенства, что мне не оставалось ничего, кроме как умолкнуть и удалиться»[151]. Евреям больше не было места в немецкой науке, и Планк был бессилен этому помешать.

Университеты Германии – а все они были государственными – более столетия служили центром интеллектуальной жизни Европы. Теперь работы в них лишились 1600 ученых. Эта нагрузка легла на различные области науки неравномерно: так как немецкая идеалистическая философия XIX столетия свысока третировала естествознание как «материалистическую» и, следовательно, второразрядную область, для евреев в нем было меньше препятствий и больше возможностей для исследований[152]. Безработными оказались более сотни немецких физиков – добрая четверть всех специалистов в стране, которая прежде была бесспорным центром мировой физической науки[153]. Так одним ударом физика в Германии оказалась обезглавлена.

Эйнштейн был бы первым среди этого множества потерявших работу профессионалов – но он вовремя угадал, какая судьба ждет Германию. За несколько месяцев до прихода Гитлера к власти Эйнштейн и его жена Эльза оставили свой дом в Берлине и отправились в поездку по Соединенным Штатам. «Посмотри на него хорошенько. Ты его больше не увидишь»[154], – сказал Эйнштейн Эльзе, прежде чем запереть за собой двери их дома. Когда нацисты захватили власть, судьба самого знаменитого еврея в мире была решена. Падчерица Эйнштейна сумела тайно вынести из их берлинской квартиры его бумаги прежде, чем до них добрались наци, и, когда гитлеровские бандиты за три дня четырежды перевернули квартиру вверх дном, ни семьи Эйнштейна, ни его записей в стране уже не было. В Бельгии Эйнштейн встретился с родными и получил остатки своего имущества; затем он отказался от немецкого гражданства и вернулся в Соединенные Штаты, где его ждал пост в только что созданном Институте перспективных исследований в Принстоне. В Америке он оставался до конца своей жизни.

Физикам, которым не хватило эйнштейновской проницательности, но которые разделяли с ним его происхождение, после подписания Гитлером Закона о госслужбе тоже пришлось бежать из нацистской Германии. Они в основном обосновывались в Соединенных Штатах и Великобритании, что привело к резкому перемещению центра мировой физики (и смене международного языка общения физиков с немецкого на английский). Макса Борна без всяких церемоний попросили освободить его пост в Гёттингенском университете. «Все, что мне удалось выстроить в Гёттингене за двадцать лет упорного труда, – все рухнуло, – писал он. – Мне казалось, что рухнул весь мир»[155]. Он с семьей на некоторое время уехал в Кембридж, потом в Индию и наконец до самого окончания войны осел в Шотландии.

По мере того как на протяжении 1930-х Гитлер распространял свое влияние за границы Германии, все больше евреев, способных бежать, находили способ это сделать. Когда в марте 1938-го произошел «аншлюс» – присоединение к Германии родины Гитлера, Австрии, – многие великие еврейские интеллектуалы из Вены были уже далеко оттуда: Людвиг Витгенштейн преподавал в Кембридже, Карл Поппер читал лекции в университете Новой Зеландии, а Билли Уайлдер писал в Голливуде роли для Греты Гарбо. Самый известный австрийский физик, Эрвин Шрёдингер, евреем не был, однако еврейкой была его жена. В 1933 году Шрёдингер работал в Берлинском университете, но, когда Гитлер пришел к власти, ушел оттуда в знак протеста. После захвата Гитлером Австрии Шрёдингер публично покаялся в своих антинацистских взглядах, но новому режиму этого было недостаточно. Изгнанный из своего университета за «политическую неблагонадежность»[156], Шрёдингер вместе с женой бежал в Ирландию. Оттуда он написал Эйнштейну, беспощадно бичуя себя за свое «отвратительное двуличие»[157].

После того как летом 1938 года Гитлер приехал с визитом к фашистскому вождю Италии Муссолини, итальянские евреи тоже начали ощущать давление нацистской антисемитской политики. «Расистская кампания… набирала силу с удивительной быстротой, – писала Лаура Ферми. – Мы сразу же решили как можно скорее покинуть Италию»[158]. Ее муж Энрико был гордостью итальянской науки, одним из крупнейших ученых мира в области теоретической и экспериментальной ядерной физики. Но для семейства, состоящего из мужа-католика и жены-еврейки, оставаться в Италии сделалось небезопасно. Энрико и Лаура начали потихоньку готовиться к отъезду. Их планы осложнялись экономической политикой фашистского правительства Муссолини: находясь за рубежом, вы могли располагать только минимальной суммой денег, которых едва хватало на карманные расходы. Тут вмешался Нильс Бор. Когда Ферми летом приехал в Копенгаген на конференцию, Бор отозвал его в сторонку и, нарушая неписаное правило физического сообщества, рассказал ему о том, что в этом году он, Ферми, номинирован на Нобелевскую премию. Будет ли, спросил Бор, эта премия, которая составляла миллион долларов наличными и являлась хорошим поводом для выезда за границу, полезна семейству Ферми в этом году? Или лучше подождать другой, более подходящей политической ситуации? Ферми ответил Бору, что именно нынешний год особенно подошел бы для получения премии. Вернувшись в Италию, Ферми узнал, что правительство лишило паспортов всех евреев. Использовав все свои связи, он добился возвращения паспорта Лауры как раз вовремя для того, чтобы успеть вместе с ней на нобелевскую церемонию в Стокгольм. После Стокгольма супруги Ферми навестили в Копенгагене Бора, а затем, благо титул лауреата Нобелевской премии заставил бюрократические шестеренки американской иммиграционной службы вертеться быстрее, они перед самым Рождеством отплыли в США, прибыв на Манхэттен 2 января 1939 года.

Состоявшихся физиков, таких как Эйнштейн, Борн и Ферми, часто с распростертыми объятиями ждали на их новых рабочих местах еще до прибытия в приютившую их страну. Но жизнь студентов и молодых исследователей часто оказывалась полностью разрушенной. «Душа болит, когда я думаю о молодежи»[159], – писал Эйнштейн Борну в 1933 году. Эйнштейна вскоре привлекли к работе учрежденной Великобританией службы помощи жертвам нацистского режима из академической среды. Этой службе действительно удалось чего-то добиться: к тому времени, когда Гитлер вторгся в Польшу и 1 сентября 1939 года началась Вторая мировая война, более сотни физиков успели эмигрировать с Европейского континента в Соединенные Штаты и Великобританию[160]. Те, кто помоложе, приезжали иногда просто в качестве беженцев, без каких-либо перспектив получить работу в новой стране. Многие пересекали Атлантический океан или Ла-Манш с одним чемоданчиком. У некоторых не было с собой вообще ничего. Некоторым приехать не удалось.

* * *

Джон фон Нейман, как и Эйнштейн, покинул Германию заблаговременно. Он и его друг и аспирант, венгр Юджин Вигнер, получили приглашения в Принстон в 1930 году. Зная, что эти двое вряд ли быстро упакуют чемоданы и покинут Европу, в Принстоне им предложили половинную занятость: работать там полгода, а на остальные полгода возвращаться в свой университет в Берлине, где они могли посиживать в кофейнях с Эйнштейном и Шрёдингером. Фон Нейман и Вигнер приняли это щедрое предложение, но отношение к Новому Свету у них было разное. Фон Нейман сразу же переехал в Штаты насовсем. Они с женой принялись почти ежевечерне устраивать званые ужины, непременно с безукоризненным дресс-кодом (однажды фон Нейман приехал на прогулку в Большой Каньон верхом на муле, одетый в вечерний костюм-тройку из ткани в тонкую полоску[161]). Вигнеру же не очень хотелось расставаться с Европой. Однако ему тоже было ясно, что скоро он больше не сможет наезжать в Берлин когда вздумается. «Всякому было понятно, что дни иностранцев в Германии, особенно иностранцев еврейского происхождения, сочтены, – вспоминал Вигнер. – Чтобы это увидеть, не надо быть семи пядей во лбу <…> Все равно что сказать: “Да, в декабре похолодает”. Да, похолодает. Мы все знали это»[162]. Когда Гитлер пришел к власти, Вигнер и фон Нейман просто не вернулись в Берлин. Да возвращаться было и некуда – обоих уже уволили с их постов за еврейское происхождение.

Фон Нейман и Вигнер принадлежали к группе блестяще одаренных ученых одного поколения, евреев, приехавших из Венгрии. Их выдающиеся математические способности и разнообразные научные таланты заставили коллег в шутку предполагать, что историю с Венгрией они просто выдумали, чтобы скрыть свое истинное происхождение. «Эти люди на самом деле выходцы с Марса, – говорил их коллега Отто Фриш. – Они не могут говорить без акцента и, чтобы не выдать себя, решили притвориться венграми – всем известно, что венгры неспособны говорить без акцента ни на одном языке, поэтому, кроме Венгрии, эти два умника могли бы жить где угодно»[163]. Особенно выделялся своим почти нечеловеческим умом фон Нейман. Его коллеги в Принстоне говорили, что он «и вправду полубог, но так досконально и подробно изучивший людей, что может их идеально имитировать»[164]. Фон Нейман и остальные «марсиане» действительно часто думали о разных вещах совсем не так, как их коллеги, в том числе и об основах квантовой физики.

Незадолго до начала своей работы в Принстоне фон Нейман закончил монографию по квантовой физике, которая сразу же стала классической. По этому предмету уже было написано несколько монографий, но во вступлении к своей книге фон Нейман небрежно расправился с наиболее известной и технически сложной из них, аккуратно показав, что она «совершенно не отвечает требованиям математической строгости»[165]. В книге фон Неймана было приведено его знаменитое «доказательство невозможности» – доказательство, содержавшее, как впоследствии выяснилось, трудно уловимую ошибку. Но этот почти незаметный изъян не испортил общего впечатления от великолепного во всех других отношениях технического достижения. Фон Нейман изложил квантовую физику в математических терминах столь же формальных, как его костюмы, выведя ее общеизвестные результаты из горсточки фундаментальных постулатов. Фон Нейман знал, что среди этих постулатов был один, самый существенный для теории: волновая функция при обычных условиях удовлетворяла уравнению Шрёдингера, но коллапсировала при измерении. «Следовательно, мы имеем два фундаментально различных типа вмешательства, которые могут произойти в системе», – писал фон Нейман. Когда объект остается невозмущенным, уравнение Шрёдингера «описывает непрерывное и причинно-связанное изменение системы с течением времени». Но едва только произведено измерение, гладкая регулярность уравнения Шрёдингера тут же улетучивается. «Вносимые измерением произвольные изменения, – говорил фон Нейман, – лишены непрерывности, причинной обусловленности и происходят мгновенно»[166].

Здесь точки зрения фон Неймана и Бора расходились. Бор считал, что измерительные устройства и другие макроскопические объекты следует описывать языком классической физики и что это каким-то образом может объяснить результаты квантовых экспериментов без привлечения коллапса волновой функции. Как именно это работает, Бор и его последователи совершенно не понимали, но это непонимание и было для фон Неймана неприемлемо в его стремлении сделать квантовую физику более математически строгой. Поэтому он полагал, что квантовая физика приложима к большим объектам точно так же, как и к малым. Фон Нейман считал квантовую физику теорией, описывающей весь мир. Но при таком подходе проблема измерения выступала в гораздо более неприкрытом виде. Если и обычные объекты подчиняются законам квантовой физики так же, как им подчиняются атомы, то обычные объекты не могут вызвать коллапс волновой функции – ведь коллапс волновой функции противоречит уравнению Шрёдингера. А если обычные объекты не вызывают коллапса волновой функции, то это прямо ведет к парадоксу кота Шрёдингера. Частицы-панки, о которых говорилось во введении, находились сразу в двух по видимости противоречивых состояниях – причудливая ситуация, известная как суперпозиция, – и, так как их волновая функция не коллапсировала, они в конечном счете заставляли кота Шрёдингера тоже находиться в суперпозиции, то есть быть живым и мертвым одновременно. А мы встречаем только либо живых котов, либо мертвых, и никогда не встречаем их суперпозиции (что бы это ни значило). Фон Нейман хотел этой проблемы избежать и поэтому был в своей книге так непреклонен в отношении существования коллапса волновой функции. Но вопрос о том, как и почему этот коллапс происходит, все равно оставался открытым.

Решение фон Неймана заключалось в том, чтобы сделать ответственным за коллапс волновой функции наблюдателя. «Мы всегда должны делить мир на две части: наблюдаемую систему и наблюдателя, – писал фон Нейман. – Квантовая механика при помощи уравнения Шрёдингера описывает события, происходящие в наблюдаемой части мира, до тех пор, пока они не взаимодействуют с частью наблюдающей, но как только такое взаимодействие случается, то есть как только происходит измерение, требуется коллапс волновой функции»[167].

Не вполне ясно, что фон Нейман под этим подразумевал. Как некоторые считали, он хотел сказать, что коллапс волновой функции вызывается сознательностью акта измерения. Такую точку зрения отстаивали физики Фриц Лондон и Эдмонд Бауэр в книге, написанной ими спустя несколько лет под сильным влиянием труда фон Неймана. Позже такую позицию занял и Вигнер. Но этот взгляд отдает мистикой. Сказав, что сознание каким-то образом вызывает коллапс волновой функции, мы, пожалуй, решим проблему измерения, но какой ценой? Ценой новых проблем. Как может сознание влиять на волновую функцию? Раз коллапс волновой функции не удовлетворяет уравнению Шрёдингера, значит ли это, что сознание обладает способностью временно прекращать действие законов природы или изменять их? Каким образом это возможно? И что вообще собой представляет сознание? Кто им обладает? Может ли шимпанзе вызвать коллапс волновой функции? А собака? А блоха на ней? Мы открываем ящик Пандоры, полный связанных с сознанием парадоксов. Такое «решение» проблемы измерения – просто жест отчаяния, хоть в отсутствие других разумных выходов он кому-то и может показаться возможным.

Как это ни странно, фон Нейман тоже, может быть, считал, что за коллапс волновой функции ответственно сознание. Но в своей книге он этот вопрос обходит; сознательные наблюдатели в рамках его теории не имеют отдельного статуса. «Граница между наблюдателем и объектом наблюдения в огромной степени произвольна», – пишет он и в позитивистском духе заявляет, что «из опыта могут следовать только утверждения типа “наблюдатель сделал определенное (субъективное) наблюдение”, но никогда не утверждения типа “физическая величина имеет определенное значение”»[168]. Он говорит, что и работы Бора подтвердили такое «двойственное описание»[169] природы. Однако точка зрения фон Неймана на квантовую интерпретацию, разумеется, не соответствовала позиции Бора. Между Бором и «марсианами», безусловно, существовали большие расхождения не только по вопросу о коллапсе волновой функции и применимости квантовой теории к измерительным устройствам, но и в отношении к дополнительности. Когда Бор впервые выдвинул идею дополнительности на озере Комо в 1927 году, Вигнер отозвался о ней с пренебрежением; не много места уделил ей в своей книге и фон Нейман. Теперь, когда фон Нейман и другие атаковали копенгагенских ортодоксов на всех фронтах, дискуссии по вопросам оснований квантовой теории были очень вероятны.

Впрочем, к концу 1930-х годов Бору, фон Нейману и Вигнеру было не до размышлений о фундаменте квантовой физики. Дело шло к войне, и развитие новых, практически более важных областей физики не оставило места для философских построений. В январе 1939 года Бор и его ассистент Леон Розенфельд взошли на борт трансатлантического парохода. Они везли на Манхэттен свежие новости с европейского материка: немецкий физик Отто Ган расщепил атом. Бор немедленно занялся решением той же задачи. С помощью своего бывшего студента Джона Уилера отец квантовой физики приступил к разгадыванию тайн урана.

* * *

Огромная энергия атомных бомб в конечном счете происходит из процесса установления тончайшего равновесия в ядре каждого атома. Электронное облако, окружающее атомное ядро, связано с ядром силами электрического притяжения между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными протонами в ядре. Но те же электрические силы пытаются разорвать на части само ядро – одноименные заряды отталкиваются, и тем сильнее, чем ближе они друг к другу. A типичное атомное ядро в 100 000 раз меньше, чем окружающее его электронное облако, которое в свою очередь в миллион раз меньше толщины человеческого волоса. В столь тесной близости ничем не уравновешенное электрическое отталкивание между протонами в ядре расшвыряло бы их в разные стороны со скоростью, близкой к скорости света. Но этого не происходит: протоны и нейтроны в атомных ядрах удерживаются вместе еще более мощной силой, неизобретательно названной «сильным ядерным взаимодействием». Нейтроны электрически нейтральны – отсюда и их название, – но эта сила действует на них точно так же, как и на протоны. Они играют ключевую роль в ядерном «перетягивании каната» между электрическим отталкиванием и сильным ядерным притяжением, помогая второму и не влияя при этом на первое. Сильное взаимодействие недостаточно сильно, чтобы удержать вместе два протона, и добавление к ним нейтрона увеличивает его «склеивающее» действие, не добавляя электрического заряда. Так образуется устойчивое атомное ядро из двух протонов и одного нейтрона (ядро гелия-3).

Исход противоборства между «склеивающими» ядерными силами и электрическим отталкиванием в конечном счете определяется размером ядра. В маленьких ядрах сильное взаимодействие легко побеждает, а добавление новых протонов и нейтронов обычно делает ядро еще крепче. Но ядерные силы могут действовать только на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами самого протона, – не больше, чем одна триллионная доля миллиметра (эту единицу длины назвали ферми в честь Энрико). Начиная с некоторого размера ядро становится слишком большим, электрическая сила начинает побеждать ядерную, и поэтому, чем больше в ядре становится протонов и нейтронов, тем неустойчивее оно становится. Критический размер достигается ядрами никеля (28 протонов и 34 нейтрона) и железа (26 протонов и 30–32 нейтрона). Ядра бо́льших размеров менее устойчивы, а начиная со свинца, в ядре которого 82 протона и больше 100 нейтронов, они и вовсе теряют устойчивость.

Уран находится далеко за пределами этой точки. С его 92 протонами уже не важно, сколько нейтронов вы добавите в его ядро, – оно все равно рано или поздно распадется. Но две разновидности уранового ядра, прежде чем распасться, могут просуществовать миллиарды лет: уран-235 и уран-238. Эти числа обозначают общее количество протонов и нейтронов в ядрах. У U-235 143 нейтрона и 92 протона, итого 235. В ядре U-238 на 3 нейтрона больше, то есть оно немного тяжелее. Но и то и другое вещество – уран: химическая идентичность атомных ядер определяется только количеством протонов в нем. Химия сводится к электромагнитному взаимодействию атомов. Но химические свойства атома целиком определяются количеством электронов в нем, а число электронов, окружающих данное атомное ядро, в свою очередь определяется количеством протонов в этом ядре. Ядра с одним и тем же числом протонов, но различными количествами нейтронов – различные изотопы одного и того же элемента, они отличаются весом, но не своими химическими свойствами.

Бор и Уилер, основываясь на работе физика Лизы Мейтнер, беженки из Европы, и ее племянника Отто Фриша, обнаружили, что свойства ядер этих двух изотопов урана очень отличаются. А именно, если в ядро U-235 попадает нейтрон, оно распадается: расщепляется на два меньших ядра, высвобождая при этом невероятное количество энергии вместе с несколькими свободными нейтронами. Если урана U-235 достаточно много – достигнута «критическая масса», то нейтроны, выделившиеся при распаде, попадут в другие ядра U-235, которые тоже распадутся, образовав еще больше нейтронов. Начнется цепная реакция. И если не принять никаких мер, то 120 фунтов чистого U-235 – маленькая сфера из плотного металла, диаметром меньше двадцати сантиметров – в результате цепной реакции взорвется, выделив столько же энергии, что и 15 000 тонн тринитротолуола. Этого достаточно, чтобы мгновенно сровнять с землей небольшой город. Если же этой реакцией управлять, поглощая часть выделяющихся нейтронов, то теми же 120 фунтами U-235 можно обеспечивать этот город энергией несколько дней.

С U-238 дела обстоят иначе. Три лишних нейтрона чуть добавляют ему устойчивости, и если в ядро попадет нейтрон, оно так легко не развалится. Поэтому из U-238 сделать бомбу невозможно[170]. К счастью, около 99,3 процента урана в природе – это U-238. Чтобы сделать атомную бомбу, вам придется выделить малое количество U-235 из огромного объема U-238 – и так как они химически идентичны, то единственный способ это сделать – воспользоваться тем, что U-238 на 1,3 процента тяжелее, чем U-235. Данное обстоятельство позволяло гарантировать, что использовать ядерную энергию было бы исключительно трудно: потребовались бы громадные количества урана, а также центрифуги и промышленные мощности для диффузии – все это заняло бы территорию размером с город. «Ничего не выйдет, если только вы не превратите Соединенные Штаты в одну огромную фабрику»[171], – заключил Бор.

И все же отказаться от попыток овладеть ядерной энергией было слишком рискованно. Если бы нацистская Германия создала атомную бомбу, война была бы проиграна. Все Эйнштейны, Ферми и Боры в мире уже не смогли бы никуда убежать. «Одна вот такая маленькая бомбочка, – показывал руками Ферми, глядя с высоты на Манхэттен, – и все это исчезло бы»[172].

* * *

«Никогда не угадаете, где я узнал о ядерном распаде. В лечебнице!» Юджин Вигнер переболел желтухой. «Я там провел шесть недель. Это было чудное время, ведь при желтухе ничего не болит[173], – вспоминал Вигнер. – Кормят тебя картошкой, бобами, всё только вареное, еда так себе. Но главное, что можно было отдохнуть и обо всем забыть – полная изоляция»[174]. Вигнер делился новостями о распаде урана с навещавшим его другом – Лео Сцилардом, еще одним венгерским физиком-беженцем, который осознал гигантские возможности ядерной цепной реакции на несколько лет раньше. «Сцилард был в Принстоне и приходил меня навестить каждый день; мы спорили о проблемах деления урана, о том, о сем. Нас, конечно, очень занимала теория Бора и Уилера <…> Однажды утром Сцилард пришел ко мне и сказал: “Вигнер, теперь я знаю – там будет цепная реакция”»[175].

Обсуждая, что делать дальше, два венгра взяли в компанию третьего – Эдварда Теллера, который обосновался в Вашингтоне. В течение лета 1939 года «венгерские заговорщики» разработали план – как предупредить американское правительство о том, что «успех Гитлера может зависеть от ядерного распада»[176], как это сформулировал Сцилард. Реализацию своего плана они начали с вербовки четвертого заговорщика – Альберта Эйнштейна. «Венгры» надеялись, что письмо от самого знаменитого ученого в мире привлечет внимание президента Рузвельта. Проведя с Эйнштейном несколько уик-эндов в его загородном доме на Лонг-Айленде, Сцилард с помощью Теллера и Вигнера составил письмо для передачи ФДР[177]. План сработал лишь частично: письмо действительно привлекло внимание Рузвельта, но главой «урановой комиссии» он назначил Лаймана Бриггса, известного своей никчемностью директора Бюро стандартов. Под управлением Бриггса и его комиссии проект больше года топтался на месте, пока Гитлер оккупировал Данию, брал Париж и безжалостно бомбил Лондон.

Когда осенью 1941 года правительство США наконец обратило серьезное внимание на исследования атомной энергии, Вигнер встретился с Артуром Комптоном, американским физиком, готовившим для созданной Рузвельтом «Группы большой политики»[178] доклад об осуществимости создания атомной бомбы. «Вигнер чуть ли не со слезами упрашивал меня подтолкнуть атомную программу, – писал Комптон. – Его неподдельный страх, что наци сделают бомбу первыми, произвел на меня сильное впечатление – ведь он жил в Европе и хорошо знал, что такое нацисты»[179].

Через несколько месяцев после налета на Пёрл-Харбор американский проект создания атомной бомбы взяли под контроль военные. Руководить им поручили генералу Лесли Гровсу, администратору Инженерного корпуса Вооруженных сил США, который до этого возглавлял строительство Пентагона (в то время самого большого здания в мире). Гровс сначала пытался воспротивиться новому назначению – он хотел, чтобы его отправили на фронт. Однако, лучше разобравшись в том, какие потенциальные результаты может принести порученная ему работа, он смягчился. Научным руководителем сверхсекретного проекта, получившего кодовое название «Манхэттен», Гровс назначил физика из Беркли Роберта Оппенгеймера. Под прикрытием «особого статуса», который был им предоставлен благодаря участию в Манхэттенском проекте, Ферми, Вигнер и другие бежавшие из Европы физики вместе с их американскими коллегами уединились в специально выстроенном в пустынных горах штата Нью-Мексико городке Лос-Аламос, чтобы обогнать своих немецких соперников и первыми сделать атомную бомбу.

* * *

Многие физики из Лос-Аламоса считали, что в ядерной гонке нацисты имели преимущество. Думать так у них были основания[180]. Германия для многих поколений была мировым центром физической науки, а Америка долго считалась научной провинцией. Да и деление атома открыли в Германии. Германия уже давно вела военные действия. Благодаря захвату Гитлером Чехословакии Германия получила доступ к огромным запасам урана. Наконец, несмотря на изданные Гитлером расистские законы о государственной службе, в стране осталось много хороших физиков – например, Отто Ган, специалист по ядерной химии, который открыл деление урана, остался, хоть он и не желал иметь с нацистами ничего общего. Он потихоньку продолжал свои исследования, защищая, где только мог, своих еврейских коллег и переписываясь с теми, кто уехал в изгнание, как Лиза Мейтнер и Отто Фриш. Друг Гана, физик Макс фон Лауэ, нобелевский лауреат, в своей оппозиционности пошел еще дальше – рискуя жизнью, он неоднократно и публично обличал гитлеровский режим «изнутри». Но большинство немецких физиков не следовали примеру Гана, и почти никто из них не разделял принципиальной позиции фон Лауэ. А некоторые, как, например, Паскаль Йордан, охотно сотрудничали с режимом Гитлера. Находя нацистскую идеологию привлекательной по эстетическим соображениям – и сообразно со своей идеалистической позицией в философии науки, – Йордан не только вступил в 1933 году в нацистскую партию, но и присоединился к «коричневорубашечникам», гитлеровским военизированным штурмовым бригадам. Другие физики, такие как Йоганнес Штарк и Филипп Ленард, были нацистами еще до прихода Гитлера к власти. Они применяли к физике гитлеровскую расовую «философию», объявляя теорию относительности и квантовую механику «еврейской физикой».

Вернер Гейзенберг находился где-то посредине между крайностями продиктованного этикой «сознательного отказа» фон Лауэ и полного согласия с философией нацизма Иордана. Гейзенберг осуждал откровенно идиотическую «немецкую физику» Штарка и Ленарда; он помог фон Лауэ пресечь начавшуюся было в Германии кампанию против квантовой физики и теории относительности. Но, с другой стороны, Гейзенберг оставался в гитлеровском рейхе в основном из чувства долга и патриотизма. Пытаясь найти моральный компромисс, он сотрудничал с нацистами, оправдывая это аполитичной природой науки. На протяжении всех шести лет между приходом Гитлера к власти и началом войны ему много раз предлагали различные посты и в Соединенных Штатах, и в Великобритании – в последний раз во время его тура по США летом 1939 года. Гейзенберг от этих предложений неизменно отказывался, настойчиво повторяя: «Германия нуждается во мне»[181]. Не будучи нацистом, Гейзенберг в то же время вел себя так, что не оставалось никаких сомнений в глубине его верности Германии, кто бы ею ни руководил. Однажды, уезжая раньше времени из летней школы по физике в штате Мичиган, он объяснил, что должен успеть вернуться в Германию «на практические занятия по стрельбе из автомата в Баварских Альпах»[182].

Вскоре после начала войны Гейзенберга (вполне ожидаемо) назначили одним из руководителей немецкой ядерной программы. Проект начал барахтаться на месте почти сразу после старта. В экспериментальной физике Гейзенберг был слаб еще со своих студенческих дней в Мюнхене; он делал ошибки даже в простых вычислениях. «Блестящий теоретик, Гейзенберг всегда был очень небрежен с числами»[183], – вспоминал его бывший сотрудник Рудольф Пайерлс. Всеобщее взаимное непонимание и человеческие ошибки наносили проекту огромный ущерб; вмешательство нацистской научной бюрократии приводило к вынужденным кадровым решениям, основанным на политической благонадежности, а не на научных талантах. И ключевая мысль – о том, что очищенный графит может использоваться для замедления цепных ядерных реакций и управления ими – ускользнула от Гейзенберга и его коллег[184]. После того как возможности работы с графитом, содержащим примеси, были исчерпаны, группа сосредоточила усилия на гораздо более редко встречающемся и дорогом замедлителе нейтронов, тяжелой воде, что еще более затормозило продвижение вперед. К 1942 году, как раз когда американский бомбовый проект начал набирать силу, немецкая программа почти полностью остановилась. На совещании по материально-техническому снабжению армии в Берлине в 1942 году Гейзенберг доложил своему нацистскому начальству, что, хотя на завершение работ над бомбой до конца войны шансов очень мало, на ядерный реактор возлагаются большие надежды как на новый источник энергии для военной машины рейха[185]. Вскоре после этого Гейзенберга назначили фактическим главой всей ядерной программы Германии, несмотря на то что раньше он никогда в жизни не руководил коллективом экспериментаторов[186]. До самого конца войны в 1945 году группа Гейзенберга работала над получением управляемой ядерной цепной реакции, не зная, что Ферми уже сделал это в 1942 году в Чикаго, и подвергаясь опасности погибнуть в пламени ядерного взрыва, если бы они добились своего, но реакция вышла бы из-под контроля. Гейзенберг вообще контролировал ситуацию гораздо хуже, чем ему казалось: он надеялся «извлечь из войны пользу для физики»[187], проводя интересные ядерные исследования на кровавые деньги нацистского режима – пусть даже эти исследования и подарили бы Гитлеру власть над ядерной энергией. Гейзенберг «согласился поужинать с дьяволом, – писал Пайерлс спустя годы, – и, возможно, слишком поздно понял, что сидеть к нему придется чересчур близко»[188].

К декабрю 1944 года Гейзенбергу было уже ясно, что Германия на грани поражения. В разговоре с коллегой-физиком Грегором Вентцелем на званом ужине в Швейцарии он с тоскливой безнадежностью вздохнул: «Как было бы прекрасно, если бы мы победили!»[189] Возвратившись в свою ядерную лабораторию в Хехингене, он сделал последнюю отчаянную попытку завершить работу над реактором, но времени на это уже не оставалось. В апреле 1945 года, когда войска антифашистской коалиции замкнули кольцо вокруг Германии, Гейзенбергу пришлось бежать. На велосипеде он за 72 часа проехал 250 километров, передвигаясь только по ночам, чтобы не попасть под пулеметную очередь с самолета союзников, и добрался до Урфельда, где его ждала семья. Здесь через несколько дней его арестовали сотрудники американского спецподразделения «Миссия Алсос», которое прочесывало Европу, чтобы задержать и допросить немецких физиков-ядерщиков.

Сотрудники «Алсоса» оперативно доставили Гейзенберга, Гана, фон Лауэ и еще нескольких немецких физиков в Фарм-Холл, поместье в Англии, переоборудованное в резиденцию военной разведки. В доме был разнообразный спортивный инвентарь, грифельные доски на стенах, радио, много еды – в общем, как ворчал один из их военных «кураторов», удобств побольше, чем у средней английской семьи[190]. Но в доме у средней английской семьи, конечно, не было и такого количества скрытых в каждой комнате подслушивающих устройств! «Интересно, не спрятаны ли у них тут микрофоны?» – спросил через несколько дней после приезда Курт Дибнер, один из немецких физиков. «Микрофоны? – со смехом отозвался Гейзенберг. – O нет, на такие вещи у них не хватит хитрости. Думаю, все эти гестаповские методы им незнакомы; они для этого, пожалуй, слишком старомодны»[191]. Успокоенные этим замечанием, немецкие физики без обиняков обсуждали физику, политику и текущие события, жадно набрасываясь на газеты, которыми британские кураторы, надеясь спровоцировать споры среди своих подопечных[192], щедро их снабжали.

Гейзенберг и все остальные обсуждали и тайну своего продолжающегося заточения. Если они пытались что-то узнать, им говорили только, что они находятся здесь «по воле Его Величества». Уверенные в том, что они являются главными экспертами по ядерной физике во всем мире и что американцы в своих попытках создать атомную бомбу никак не могли обогнать их, немцев – ведь немецкая физика всегда впереди всех, – они вынашивали безумные планы поставить в известность о своем бедственном положении прессу или сбежать в Кембридж и встретиться там с коллегами, которые (как они полагали) отчаянно нуждались в их познаниях в области ядерных проблем. Они как о самоочевидном факте говорили о том, что «Большая Тройка», Трумэн, Черчилль и Сталин, которые как раз в это время встретились в Потсдаме, персонально обсуждают судьбу каждого из них. Некоторые сумели уговорить себя, что их связь с нацистами не будет поставлена им лично в вину и что их принадлежность к мировой физической элите позволит им спокойно начать новую жизнь где-нибудь в Аргентине.

Но спустя несколько недель комфортабельное заключение подошло к концу. Вечером 6 августа 1945 года, перед самым ужином, майор Риттнер, офицер британской военной разведки, распоряжавшийся в Фарм-Холле, тихонько отозвал Отто Гана в сторонку и сообщил ему, что американцы сбросили атомную бомбу на Хиросиму. «Ган был полностью раздавлен этим известием», – писал Риттнер:

«Он чувствовал себя лично ответственным за гибель сотен тысяч людей – ведь это его открытие привело к созданию бомбы. Он сказал мне, что когда он осознал страшный потенциал этого открытия, то начал придумывать способ покончить с собой. Однако с помощью изрядного количества алкоголя он немного успокоился, и мы спустились к ужину, где он объявил новость всем собравшимся. Как и следовало ожидать, сообщение было принято с недоверием».

«Не верю ни одному слову, – сказал, услышав сообщение Гана, Гейзенберг. – Не может быть, чтобы с ураном могло что-то получиться»[193]. «Если американцы сделали урановую бомбу, значит вы все остались в дураках. Эх, Гейзенберг, бедняга»[194], – издевательски заметил на это Ган. Позже вечером по радио передали подробное сообщение BBC. Гейзенбергу и всем остальным пришлось признать свое поражение.

В течение следующих нескольких дней Гейзенберг пытался разобраться в том, как вышло, что он так провалился со своим проектом. Несколько неуклюжих расчетов тут же показали ему, что на деле он вообще не представлял себе, как подступиться к созданию бомбы, хоть ему тогда и казалось, что он прекрасно это понимает. Записанные в Фарм-Холле перебранки других ученых тоже подтвердили то, что уже раньше было видно из захваченных «Миссией Алсос» документов: в отличие от Манхэттенского проекта, нацистская программа создания атомной бомбы была организована хаотично и небрежно. Важнейшую информацию скрыли и разделили на части многоэтажными уровнями секретности. В результате ни у кого не было ясного представления о том, куда следует двигаться. Как показывают сделанные в Фарм-Холле записи, в те же несколько дней Гейзенберг и его ученик Карл фон Вайцзеккер попытались создать намеренно искаженную версию своей деятельности во время войны. В соответствии с ней получалось, что, в то время как американцы создали оружие массового уничтожения, несущее смерть и разрушения в беспрецедентных масштабах, они, немцы, намеренно ограничили свои цели постройкой ядерного реактора, не желая давать Гитлеру и его рейху новое могучее оружие. Таким образом они снимали с себя ответственность за поражение – ведь оно якобы было результатом их высокой моральной чистоты, а вовсе не полной некомпетентности.

А пока Гейзенберг во время войны преследовал свои благородные цели, его наставник и старший друг чуть не погиб. После своей поездки в Америку в 1939 году, за несколько месяцев до того, как в сентябре разразилась война, Бор возвратился домой в Копенгаген. Перед рассветом 9 апреля следующего года Германия вторглась в Данию; спустя два часа датское правительство капитулировало. Чтобы на примере Дании продемонстрировать свое миролюбие всему миру, Гитлер решил превратить ее в «образцовый протекторат». Он обуздал свою кровожадность и отложил введение в Дании антисемитских законов больше чем на три года. Но в октябре 1943 года на улицах Копенгагена появились эсэсовцы – они планировали устроить облаву на копенгагенских евреев во время Роша-Шана, праздника еврейского Нового года, одного из священных дней еврейского календаря. Однако, когда облава началась, обнаружилось, что почти никого из евреев в городе не осталось: за несколько дней до акции Георг Дуквиц, немецкий дипломат, предупредил о ней руководство еврейской общины. Большинство евреев успело скрыться. Среди них был и Нильс Бор[195]. За три дня до того, как в его институт нагрянули нацисты, чтобы его арестовать, его вместе с семьей переправили в рыбацкой лодке через пролив Эресунн в нейтральную Швецию. В Стокгольме Бор встретился с королем Христианом X и рассказал ему о своем бегстве, обратившись к королю с просьбой предоставить датским евреям убежище в Швеции. В тот же вечер шведское радио объявило о предоставлении убежища. На протяжении двух следующих месяцев силы датского Сопротивления и береговая охрана Швеции обеспечивали коридор для прохода сотен маленьких рыбацких лодок, шлюпок и каноэ, в каждой из которых по двое, трое или четверо спасались евреи из Дании. От нацистов смогло ускользнуть свыше 7000 человек – 95 процентов всех евреев, живших в то время в Дании.

Но в Стокгольме, который кишел нацистскими агентами, Бор не мог чувствовать себя в безопасности. Союзники решили, что он слишком важная фигура, чтобы оставаться в Швеции. Чтобы переправить его в Великобританию, Королевские ВВС Британии отправили за ним высотный бомбардировщик «Москито» – небольшой самолетик, специально построенный, чтобы летать на высоте, недоступной для зенитного огня. Для перевозки Бора переоборудовали маленький бомбовой отсек: там была кислородная маска и наушники, при помощи которых пилот мог общаться со своим драгоценным грузом. Но наушники оказались слишком маленькими для огромной головы Бора. Он не услышал команды пилота включить подачу кислорода, стал задыхаться и потерял сознание. Летчик понял, что произошло, снизился и полетел над Северным морем на малой высоте. Бор выжил. После краткого совещания в Англии он под именем Николаса Бейкера вылетел в Соединенные Штаты, где его без промедления доставили в штаб-квартиру Манхэттенского проекта в Лос-Аламосе. Знакомя «Николаса» с оборудованием и установками, Теллер с нетерпением ждал момента, когда Бору придется признать, что его былой пессимизм по отношению к ядерной энергии не оправдался. «Но не успел я открыть рот, как Бор сказал: “Вот видите, я же вам говорил, что вы ничего не сможете добиться, пока не превратите всю страну в фабрику по производству ядерного оружия. Именно это вы и сделали”»[196].

Бор и сам не знал, насколько его слова попали в точку. К концу войны Манхэттенский проект обошелся уже почти в 25 миллиардов долларов[197]; в нем было занято 125 000 человек в тридцати одном географическом пункте на территории Соединенных Штатов и Канады[198]. Сотни физиков были сорваны с привычных рабочих мест для удовлетворения ненасытного голода, который проект испытывал в людях и материалах. После того как война закончилась, физические исследования в Соединенных Штатах уже никогда не вернулись к довоенному уровню. После успеха в создании атомной бомбы в физику рекой хлынули доллары на финансирование военных разработок. В 1938 году, перед войной, общие затраты на физические исследования в Соединенных Штатах составляли около 17 миллионов долларов[199], причем из этой суммы на долю государственного финансирования не приходилось почти ничего. Менее чем через десятилетие после войны, в 1953 году, на физические исследования ассигновалось чуть менее 400 миллионов долларов[200] – рост в двадцать пять раз всего за пятнадцать лет. К 1954 году 98 процентов средств на фундаментальные исследования в области физических наук в Соединенных Штатах поступало от военных или так или иначе связанных с обороной государственных агентств, таких как Комиссия по атомной энергии[201], преемница проекта «Манхэттен».

Вместе с деньгами появились и люди. Когда на Землю легли тени двух ядерных «грибов» и война закончилась, в университеты изучать новую физику валом повалили молодые ветераны, поощряемые законом о льготах для участников войны (GI Bill). «Мой интерес к физике, – писал один гарвардский физик-докторант в 1948 году, – возник, когда я во время службы в армии работал в Нью-Мексико, участвуя в создании атомной бомбы». Другой студент написал, что у него «такое ощущение, что эта область (физика) стала важна в результате войны»; еще один – что «к научной жизни меня приобщила война»[202]. У физических факультетов отбоя не было от студентов. В 1941 году в США докторскую степень по физике получили 170 аспирантов. К 1951 году их число превысило 500 и продолжало расти гораздо быстрее, чем в любой другой академической отрасли за тот же промежуток времени[203] (рис. 4.1). К 1953 году половина всех обладателей докторской степени (PhD) по физике была моложе тридцати[204]. Наличие большого числа образованных физиков больше не рассматривалось как чисто научная необходимость – теперь оно считалось существенной инвестицией в военную инфраструктуру. Генри Смит, член Комиссии по атомной энергии и бывший глава физического факультета в Принстоне, в своей речи на заседании Американской ассоциации содействия развитию науки в 1950 году говорил о «накоплении и регулировании научных кадров». Ученые, заявил он, «сделались одним из главных военных активов. Очень важно, чтобы они использовались максимально эффективно <…> Я говорю об ученых не как о тех, кто обогащает нашу культуру, но как об инструменте ведения войны, необходимом для защиты нашей свободы»[205].

Рис. 4.1. Докторские степени (PhD) по физике, присужденные институтами США за год, 1900–1980

Многие физики были встревожены и огорчены новым положением дел. «Войны, “горячая” и холодная, так изменили мою профессию, что я ее почти не узнаю, – жаловался американский физик голландского происхождения Сэмюэл Гаудсмит. – Мы, физики, оказались среди не приспособившихся к мирной жизни ветеранов Второй мировой»[206]. Гаудсмит, входивший в горсточку евреев-физиков из Европы, иммигрировавших в Соединенные Штаты задолго до прихода Гитлера к власти, оплакивал навсегда ушедшие в прошлое милые предвоенные дни[207] (string-and-sealingwax days), когда физика делалась за копейки из подручных материалов. Меньше чем за десятилетие после окончания войны половодье денег и людей радикальным образом изменило ежедневное существование физика-профессионала:

«Это стало шоком. У нас теперь великолепные лаборатории для фундаментальных исследований, способные восхитить любого уважающего себя физика. Но почему-то они не вызывают той нежной любви, которая была так знакома в прежние годы, когда покупка трехсотдолларового спектроскопа оказывалась вполне достаточной причиной, чтобы уйти с вечеринки. А сегодня мы получаем оборудование стоимостью во много миллионов долларов, но в ту же минуту, когда заканчивается церемония его введения в строй, мы уже начинаем строить планы на покупку еще более мощной установки. В доброе старое время физики всецело и беззаветно отдавались изучению фундаментальных законов Вселенной. А теперь мы чувствуем себя призванными заниматься такими вещами, каких мы и представить себе не могли, – вещами, совершенно с наукой не связанными. Мы помогаем министру обороны планировать военный бюджет. Мы информируем президента Соединенных Штатов о национальном ядерном потенциале <…> Некоторые из нас работают в промышленности, разрабатывая электронное оборудование. Другие прикомандированы к американским посольствам в Англии, Франции и Германии. Мои коллеги, которые до Хиросимы даже на выборы не ходили, теперь сидят рядом с нашими представителями в ООН, когда в повестке дня появляется вопрос об атомной энергии»[208].

Гаудсмит и сам во время войны досыта хлебнул этой «ненаучной» деятельности – он был гражданским руководителем «Миссии Алсос», той самой, в рамках которой захватили и вывезли в Фарм-Холл Гейзенберга и других ведущих физиков-ядерщиков Германии. Он также занимался в MIT созданием радара (еще одна крупнейшая программа военно-физических исследований, в которой были заняты тысячи людей и на которую потрачены многие миллионы долларов) и консультировал Королевские ВВС Великобритании. До войны он работал в Мичиганском университете, собирался отойти от исследовательской деятельности и целиком посвятить себя преподаванию. После войны его планы изменились. «Я почувствовал, что захвачен случившимся после Хиросимы мощным подъемом во всех областях, связанных с физикой, – вспоминал Гаудсмит, – и мне захотелось быть связанным с этими процессами теснее, чем это возможно в университетском кампусе»[209]. Гаудсмит возглавил отдел физики в Брукхейвенской национальной лаборатории, одном из свежеиспеченных правительственных учреждений для фундаментальных исследований. И все же, несмотря на то что он занимал административную должность в новой системе «Большой науки», Гаудсмит продолжал настороженно относиться к изменениям в этой области. «Условия, в которых мы сегодня работаем, определенно не способствуют научному прорыву», – говорил он в 1953 году.

«Четверть века назад мы могли спокойно обмениваться мнениями с Бором в его кабинете и нас не беспокоили ни государственные секреты, ни программы вооружений, ни шпионские страсти <…> Никого из нас не отвлекали от дела предложения стать президентами колледжей или промышленными воротилами. Правительства физиками не интересовались. Никто не пытался растолкать коллег в борьбе за власть по той простой причине, что не существовало властных полномочий, за которые можно было бы бороться: ни гигантских лабораторий, ни военных проектов <…> Все мы чувствовали, что принадлежим к некоей ложе, в которую по всему миру входило примерно человек четыреста и в которой все хорошо знали друг друга – или, по крайней мере, знали, чем в данный момент занимается каждый. А теперь на конференции приезжает вчетверо больше одних только американских физиков, и большинство из них видят друг друга впервые»[210].

Исследования смысла квантовой физики относились к числу военных потерь. Толпы новых студентов наводняли аудитории по всей стране, и профессора просто не имели возможности обсуждать с ними философские вопросы, лежащие в ее основании. Довоенные курсы квантовой механики, читавшиеся по обе стороны Атлантики, такие как курс Гейзенберга в Лейпциге и Оппенгеймера в Беркли, уделяли основным, принципиальным вопросам изрядную долю времени. Учебники и экзамены предвоенного времени требовали от студентов написания подробных эссе о природе принципа неопределенности и роли наблюдателя в квантовом мире. Но при раздувшейся численности слушателей детальные разговоры о философии сделались практически невозможными. «В лекциях на такие темы, [как неопределенность, дополнительность и причинность], проку мало, – жаловался в 1956 году профессор физики в Питтсбургском университете. – Ошарашенный студент не знает, что ему здесь записывать, а те записи, которые он все-таки сделает, почти наверняка приведут в ужас любого преподавателя»[211]. В группах студентов, изучавших квантовую физику на факультетах меньших размеров, можно было позволить себе уделить основополагающим вопросам раз в пять больше времени – но по мере того, как набор студентов продолжал возрастать, малых групп студентов-физиков осталось совсем немного. А в больших группах преподавание сосредоточивалось на «эффективных и легко воспроизводимых методах вычислений»[212], а не на основаниях физики. Из учебных пособий вопросы об основных физических принципах почти начисто исчезли, а новое поколение обозревателей превозносило новые тексты учебников именно за то, что они «избегают философских обсуждений» и «философски окрашенных вопросов»[213]. Пособия, не укладывавшиеся в этот тренд, критиковались за то, что уделяли слишком много времени «затхлым атавистическим рассуждениям о положении и импульсе»[214]. Наступила эпоха «Большой науки» – а в такое время у людей не хватало терпения, чтобы ломать голову над вопросом о смысле квантовой физики.

* * *

Свою историю о немецкой программе создания атомной бомбы Гейзенберг повторял всем, кто хотел его слушать, до конца жизни. Гаудсмит, имевший доступ к прослушке разговоров в Фарм-Холле и лично видевший жалкие остатки нацистской ядерной программы, прекрасно знал, что эта история Гейзенбергом сфабрикована. Однако, поскольку само существование делавшихся в Фарм-Холле записей было засекречено, Гаудсмит смог только констатировать, что Гейзенберг лжет, не объясняя, откуда ему это известно. В вышедшей в 1958 году книге швейцарского журналиста Роберта Юнга «Ярче тысячи солнц»[215], первом популярном отчете о Манхэттенском проекте, версия Гейзенберга приведена почти дословно. То же самое относится и к «Вирусному флигелю»[216], первой книге, посвященной исключительно истории немецкой программы создания бомбы и написанной в основном по материалам интервью с Гейзенбергом и с теми, кто разделял с ним вынужденную изоляцию в Фарм-Холле. (Автор этой книги, Дэвид Ирвинг, впоследствии проявил себя как активный отрицатель холокоста.)

Несмотря на попытки Гейзенберга обелить себя, подозрения в сотрудничестве с нацистами висели над его головой до конца дней. В частности, его отношения с Бором так в полной мере и не восстановились – после выхода книги Юнга Бор набросал тому сердитое письмо, касающееся изложения Гейзенбергом подробностей его встречи с Бором в 1942 году[217]. Но письмо это Бор, оставаясь верным себе, переписал в нескольких вариантах, и в конце концов так и не отправил. Тем не менее после войны Бор и Гейзенберг разговаривали друг с другом и даже несколько раз встречались. (В конце концов, ложь Гейзенберга по сравнению с тем, что позволяли себе другие, довольно незначительна. Паскаль Йордан настаивал на том, что он никогда не был истинным сторонником нацистских взглядов, несмотря на свои публикации, в которых он превозносил национал-социалистский подход к науке. Он даже имел наглость послать письмо Максу Борну, своему наставнику, когда-то изгнанному из страны расистской политикой Гитлера; в письме он клялся, что на деле никогда не был нацистом, и просил выдать ему характеристику, в которой была бы засвидетельствована его «денацификация». Борн в ответ прислал ему список своих друзей и родственников, погибших от рук нацистов[218].) Принимая во внимание ущерб, нанесенный репутации Гейзенберга его деятельностью во время войны, можно предположить, что создание им единой унифицированной версии копенгагенской интерпретации тоже могло быть попыткой переписать историю квантовой физики в свою пользу. Эта версия не была чистым вымыслом – у позиций, которые занимали сам Бор и его ученики и коллеги, были, разумеется, сходные черты, – но различий между прочитанной Гейзенбергом лекцией и записями Бора должно было хватить, чтобы любой внимательный исследователь понял: такого зверя никогда в действительности не существовало.

Тем не менее идея единой согласованной интерпретации квантовой физики, интерпретации, ассоциирующейся с именами таких гигантов, как Бор и Гейзенберг, была хорошо принята постманхэттенским миром «Большой науки». Большинство физиков были вполне удовлетворены набором идей, которые, как они полагали, составляют суть копенгагенской интерпретации, – ведь вопросы, связанные со смыслом квантовой физики, имели слабое отношение к их работе. Математический формализм теории продолжал прекрасно работать в широком диапазоне послевоенных приложений физики к решению задач военно-промышленного комплекса. Большинство физиков обратились к задачам физики атомного ядра или твердого тела (раздел физики, который вскоре после войны привел к разработке кремниевого транзистора и многих других материалов, позже позволивших резко уменьшить размеры и увеличить значение компьютеров). Вопросы интерпретации, хотя и жизненно важные для прогресса науки в долгосрочной перспективе, выглядели несущественными, когда дело доходило до прагматичных приложений квантовой теории, ценность которых так внезапно и головокружительно увеличилась. То, что копенгагенская интерпретация обещает исчерпывающую, хотя и туманную, разгадку тайн квантового мира, позволяло новой армии послевоенных физиков вычислять ответы на поставленные перед ними практические задачи, не беспокоясь об их глубинном теоретическом смысле. В этом сыграло свою роль и перемещение центра мировой физики в Соединенные Штаты – в отличие от великих европейских теоретиков, американские физики всегда отличались экспериментальным и прагматическим подходом. Вопросы о фундаментальных основаниях квантовой физики, казавшиеся важными Эйнштейну и Бору, новая поросль американских физиков отметала как какой-то туманный вздор: вряд ли исследованием этих проблем можно привлечь денежные потоки, льющиеся из Пентагона.

Но не все американские физики были достаточно прагматичны, чтобы без раздумий принять копенгагенскую интерпретацию. «Боровский принцип дополнительности ставит природу перед выбором и оставляет ее в этом положении[219], – ворчал Генри Маргенау, философ и физик, работавший в Йеле. – Этот принцип освобождает тех, кто ему следует, от необходимости перебрасывать мостик через пропасть непонимания, объявляя эту пропасть непреодолимой и вечной; он узаконивает трудность понимания в качестве нормы»[220]. Среди американских физиков был один, которому суждено было создать особенно серьезные трудности для копенгагенской интерпретации. Во время войны он работал у Оппенгеймера в Беркли, а после этого был приглашен в Принстон. В 1947 году свежеиспеченный доцент Дэвид Бом прибыл к своему новому месту работы. До этих пор он принимал копенгагенскую интерпретацию, но вскоре почувствовал, что его донимают назойливые сомнения. За пять лет они разрослись в полномасштабный личный бунт против квантовой ортодоксии. Дэвид Бом собирался сделать невозможное: бросить вызов доказательству фон Неймана, разрушить непрочное перемирие, которое Джон Белл заключил с Копенгагенской школой, – и навсегда изменить квантовую физику.

Часть II

Квантовые диссиденты

Мы подчеркиваем не только то, что наши взгляды – это взгляды меньшинства, но и то, что интерес к таким вопросам сейчас невелик. Типичному физику кажется, что ответы на них давно уже получены и что он полностью в них разберется, если только сможет найти 20 свободных минут, чтобы об этом подумать.

Джон Белл и Майкл Науэнберг, 1966

5

Физика в изгнании

Макс Дрезден вошел в переполненную аудиторию и встал у доски. Взгляды всех участников семинара устремились на него. Шел 1952 год, Дрезден был физиком из университета в Канзасе. Во время своего посещения Института перспективных исследований в Принстоне он вызвался сделать доклад об интересной новой работе Дэвида Бома. Дрездену очень хотелось послушать, что думают об этом его исследовании слушатели: в «Принституте» работали лучшие умы мировой физики, включая самого Эйнштейна. Правда, оглядывая конференц-зал, его знаменитой седой непокорной шевелюры Дрезден не заметил.

Дрезден обратил внимание на статью Бома благодаря своим студентам. Сначала он отмахивался от их вопросов, демонстрируя знаменитое доказательство фон Неймана, согласно которому копенгагенская интерпретация была единственным способом понимания квантовой физики. Но студенты не отставали, и Дрезден в конце концов прочел работу Бома. Статья его удивила: Бом открыл совершенно новый путь интерпретации квантовой механики. Вместо того чтобы просто отказаться отвечать на вопросы о квантовом мире, как это делала копенгагенская интерпретация, Бом нарисовал мир субатомных частиц, существовавших независимо от того, смотрит на них кто-нибудь или нет, частиц, которые в каждый момент занимали определенное положение в пространстве. У каждой из этих частиц была своя «волна-пилот», которая и определяла ее движение и которая также вела себя упорядоченно и предсказуемо. Бом каким-то образом нашел способ укротить хаотический и непостижимый мир квантов, причем сделал это, не жертвуя точностью описания: математически теория Бома была эквивалентна «нормальной» квантовой физике.

В своем докладе Дрезден представил аудитории идеи Бома и разработанный им математический аппарат. Когда он закончил, настал момент, которого он опасался: теперь слушатели, среди которых было полно знаменитостей, могли задавать вопросы. Дрезден предложил выступить с докладом менее чем за неделю и отчаянно надеялся, что он подготовлен к техническому обсуждению чужих идей на высоком уровне.

К ужасу докладчика, все обернулось совершенно иначе. Казалось, воздух в конференц-зале раскалился от злости. Бома называли «хулиганом», «предателем» и даже «троцкистом». Что до его идей, то они были с порога отброшены как «подростковые отклонения». Некоторые из присутствующих предположили, что и сам Дрезден не может быть хорошим физиком, если принимает Бома всерьез. Наконец, поднялся Роберт Оппенгеймер, директор института. Оппенгеймер был одним из самых влиятельных и известных физиков своего времени. Во время войны он руководил Манхэттенским проектом, успешно завершившимся созданием ядерного оружия, а до этого был наставником группы блестящих физиков в Беркли – группы, в которую входил и Бом. «Если мы не можем опровергнуть Бома, мы должны договориться его игнорировать», – предложил Оппенгеймер. Дрезден был шокирован[221].

Сам Бом не присутствовал на семинаре и не мог выступить в защиту своих идей, хотя всего за несколько месяцев до этого он был в числе преподавателей Принстонского университета. Пока его бывшие коллеги беспощадно поносили его новую теорию, он, высланный из своей страны и внесенный в ней в списки неблагонадежных, находился в Бразилии в очень незавидном положении.

* * *

Вся эта история – знакомство Дрездена со статьей Бома, его поездка в Принстон, шокирующая реакция принстонских физиков – могла быть правдой. О Боме и о том, как принимали его идеи, рассказывают много таких историй; предполагаемая реплика Оппенгеймера насчет того, чтобы игнорировать Бома, стала особенно расхожей. Происхождение многих из этих историй сомнительно, а некоторые вообще ничем не подтверждаются. Но все они продолжают существовать потому, что даже теперь, спустя четверть века после своей кончины, Дэвид Бом остается фигурой, вызывающей незатихающие споры. Его называют неприятным чудаком, запутавшимся мистиком, безнадежно консервативным ретроградом, который хотел вернуть физику к временам Исаака Ньютона. Но есть и те, кто превозносит его как провидца и покровителя еретиков, отколовшихся от Единой Истинной Церкви св. Копенгагена.

Одна из трудностей, встающих перед теми, кто пишет о Дэвиде Боме, заключается в том, что он действительно подвергался преследованиям и гонениям и в наиболее критические периоды своей жизни метался по всему земному шару, переезжая из одной страны в другую. При этом многие из его самых интересных работ оказались утеряны или уничтожены. Более того, те, кто не был согласен с Бомом, в конечном счете победили, а победив, они принялись делать то, что победители обычно делают с историей, то есть переписывать ее на свой лад. Поэтому теперь значительно труднее отличить правду от мифа. Что еще хуже, защитники Бома, возмущенные переписыванием истории правоверными копенгагенцами, перегибают палку в другую сторону и заходят в этом слишком далеко. В биографии Бома, написанной его другом и коллегой Дэвидом Питом, Бом предстает неким святым от науки, наделенным невероятной силой проникновения в природу вещей. К тому же эта биография пестрит фактическими ошибками; некоторые высказывания вырваны из контекста, а в отношении многих других неясно, были ли они произнесены вообще[222]. Интерес к работам Бома резко возрос вскоре после его смерти, и никакого спада в нем не наблюдается; он приводит к водопаду новых и новых вопросов, на которые было бы очень легко ответить, если бы кто-нибудь догадался задать их самому Бому до его кончины в 1992 году. Вся эта запутанная ситуация вызвала к жизни множество мифов и легенд вокруг относительно туманной личности этого совсем недавно умершего физика.

Эти легенды тоже важны. Они рассказывают нам о роли Бома в культуре квантовой физики. Они рассказывают нам о реакциях, которые вызывались его идеями. За этими легендами стоит замечательно простая теория квантового мира – и замечательно сложная жизнь одинокого, неудачливого и блестяще талантливого человека.

* * *

Доподлинно известно, что Дэвид Джозеф Бом родился 20 декабря 1917 года в Уилкс-Барре, штат Пенсильвания. Его отец Сэмюэл был еврейским иммигрантом из Венгрии, в возрасте девятнадцати лет в одиночку добравшимся до Пенсильвании. Здесь он встретил и взял в жены Фриду Попки, еврейку из Литвы, которая приехала в Соединенные Штаты со своей семьей несколькими годами раньше. Сэмюэл Бом был вполне практичным простым человеком: держал мебельную лавку и имел в округе репутацию плута и бабника. В отличие от мужа, Фрида Бом была скромной домохозяйкой, тихой и замкнутой, какой она и приехала с родителями из Европы, – однако подверженной резким и частым перепадам настроения. Странности в ее поведении усиливались по мере того, как сын становился старше; она слышала «голоса», как-то раз сломала нос соседу, грозилась убить своего мужа и в конце концов оказалась в психиатрической лечебнице. Хотя Дэвид был привязан к матери, ее пугающее поведение заставляло его искать спасения в книгах. Сначала он «подсел» на научную фантастику, а потом его интересы обратились к науке. Бом-старший с трудом терпел научный уклон интересов своего сына – когда Дэвид как-то сообщил ему о существовании других планет, обращающихся вокруг Солнца, Сэмюэл просто пропустил эту информацию мимо ушей как факт, не имеющий никакого отношения к человеческим делам. Тем не менее он оплатил обучение сына в колледже, послав его в Пенн Стейт (тогда это был маленький сельский колледж, ничем не похожий на выросший из него сегодняшний гигантский государственный университет).

В Пенн Стейт выдающиеся способности Дэвида Бома были очевидны и его товарищам, и профессорам – как, впрочем, и его странности. У Бома был «талант возбуждать в людях желание заботиться о нем», рассказывает его подруга Мельба Филлипс, – и «талант быть несчастным»[223]. С самого начала учебы в колледже Бом постоянно жаловался на здоровье, особенно на ужасные боли в животе. Несмотря на это, он много работал. Окончив Пенн Стейт в 1939 году, он выиграл конкурс на место в докторантуре Калтеха по физике. Для сына иммигрантов из Пенсильвании это было совсем неплохо: Калтех был одним из ведущих мировых центров физической науки. Но, проучившись там один семестр, Бом остался недоволен курсом и возможностями для исследований. Бом считал, что исследования, выполняемые в Калтехе, скорее второстепенные, чем фундаментальные, а атмосфера при этом казалась ему слишком проникнутой конкуренцией. «Мне в Калтехе не очень понравилось, – вспоминал он позже. – Они не интересуются наукой. Им интереснее соревноваться, опережать друг друга, осваивать новые методы и все такое»[224]. Удрученный и полный неуверенности в своем будущем, Дэвид приехал на лето домой в Уилкс-Барре. Когда он осенью вернулся в Пасадену, настроение у него совсем упало. «В целом я чувствовал себя не то чтобы в депрессии, но, пожалуй, немного расстроенным»[225]. По совету друга Бом подошел к одному харизматичному молодому приглашенному профессору и спросил, не возьмет ли тот его к себе в свою исследовательскую группу в Беркли. И к началу следующего семестра Бом переехал на калифорнийское побережье, чтобы начать работу со своим новым наставником Робертом Оппенгеймером.

В Оппенгеймере Бом нашел родственную душу: тот был евреем с Восточного побережья, который стремился заниматься самыми крупными и знаменитыми проблемами теоретической физики и к тому же интересовался широким кругом интеллектуальных поисков вне физики. Но между Бомом и Оппенгеймером были и глубинные различия. Прежде всего, семья Бома относилась к самому что ни на есть рабочему классу, тогда как Оппенгеймер происходил из богатой манхэттенской фамилии с большими связями в обществе. Несмотря на существовавшие в то время антисемитские «еврейские квоты», Оппенгеймер сумел получить ученую степень бакалавра в Гарварде. После того как он с отличием окончил трехлетний гарвардский курс, он отправился в Европу и защитил там докторскую диссертацию под руководством Макса Борна. Затем Оппенгеймер некоторое время работал с Паули в Швейцарии. Хотя в Копенгагене он никогда не учился, он познакомился с Бором и довольно близко с ним сошелся[226]. Когда Оппенгеймер – Оппи, как называли его друзья и студенты, – вернулся в Соединенные Штаты, он принялся за работу и вскоре превратил Беркли в первый крупный факультет теоретической физики в стране. К тому времени, как там в 1941 году появился Бом, физики в Беркли знали, что «нет бога, кроме Бора, и Оппи пророк его»[227], как говорил Джо Вайнберг, еще один из аспирантов Оппи. Когда Бом приехал, Вайнберг взял на себя обращение новичка в истинную веру. «Мы бурно обсуждали с Вайнбергом боровскую дополнительность, – вспоминал позже Бом. – В то время я был убежден, что подход Бора правилен. Еще много лет я продолжал разделять этот подход. Я был увлечен им, потому что Вайнберг был очень энергичным и умеющим убеждать человеком и потому что за всем этим возвышалась фигура Оппенгеймера, что для меня придавало этим идеям еще больший вес»[228].

Во время пребывания в Беркли Бома занимала не только квантовая физика. Он внимательно следил за войной, разразившейся в Европе, – и то, что он видел, говорило в пользу коммунизма. «До тех пор, скажем, в 1940 или 1941 году, я не испытывал особых симпатий к коммунистической партии, – вспоминал позже Бом. – На меня произвел очень глубокое впечатление крах Европы под натиском нацизма; я чувствовал, что это произошло из-за недостатка воли к сопротивлению. <…> Нацизм казался мне угрозой всему существованию цивилизации. <…> Казалось, что русские были единственными, кто выступил на бой с ним. Это было главным. И я начал с большей симпатией прислушиваться к тому, что они говорили»[229]. В ноябре 1942 года Бом вступил в ячейку коммунистической партии при кампусе университета Беркли. Но он вскоре увидел, что партийная реальность оказалась менее привлекательной, чем партийная идея. «Я понял, что они ничего не делают, а только говорят о ничего не значащих вещах – о том, чтобы попытаться организовать протесты по поводу порядков в кампусе, и так далее <…> Собрания длились бесконечно»[230]. Через несколько месяцев Бом вышел из партии, но его политические убеждения еще много лет оставались марксистскими.

Политическая деятельность Бома создала ему трудности, когда пришло время защищать докторскую диссертацию. Несмотря на то что Оппенгеймер лично попросил перевести Бома в Лос-Аламос, Бом не получил допуска к секретным материалам. Армейская контрразведка дала Оппенгеймеру ложную информацию о том, что признание Бома неблагонадежным связано с наличием у него родственников в Европе, что может послужить средством оказания на него давления. В действительности, однако, Бом не получил допуска из-за своих связей с Вайнбергом[231], который тоже был членом коммунистической партии. Но тема исследовательской работы Бома, взаимодействия между атомными ядрами, имела самое прямое отношение к тому, что происходило в Лос-Аламосе, – настолько, что без ведома самого Бома ее немедленно засекретили, его записи и вычисления конфисковали военные, а ему самому запретили писать собственную диссертацию. На помощь пришел Оппенгеймер, который убедил секретные службы, что Бом заслуживает докторской степени[232].

Бом продолжал работать в Беркли еще пару лет после войны, публикуя статьи на темы из различных наиболее темных областей квантовой физики. Его работы, а также благоприятный отзыв Джона Уилера о проведенном с ним собеседовании послужили основанием для его зачисления в 1947 году на должность старшего преподавателя физического факультета Принстонского университета[233]. «Нам рекомендовали Бома как одного из наиболее способных молодых физиков-теоретиков, учившихся у Оппенгеймера»[234], – писал Генри Смит, декан факультета. (Через несколько лет Смит напишет о «накоплении научных кадров»[235].)

После Беркли принстонский кампус и общая атмосфера Бому не понравились; ему показалось, что преподаватели «очень уж озабочены вопросами статуса и престижа»[236]. Но он быстро освоился. Начал преподавать квантовую физику по старым конспектам занятий с Оппенгеймером и занялся совместными исследованиями с несколькими многообещающими старшекурсниками[237]. Вокруг него образовался тесный кружок близких друзей. Он даже свел знакомство с Ханной Лёви, падчерицей профессора Института перспективных исследований. Между ними завязались серьезные отношения, дело шло к свадьбе. Лёви привела Бома к себе домой, чтобы представить его матери Элис и отчиму Эриху Калеру. Там Бом познакомился и с одним из ближайших друзей Калера – Альбертом Эйнштейном.

В среду, 25 мая 1949 года, Дэвид Бом предстал перед Комиссией по расследованию антиамериканской деятельности (HUAC). Напротив него сидели шесть конгрессменов – одним из них был член Палаты представителей Ричард М. Никсон – и еще полдюжины сотрудников аппарата Конгресса. Бома спросили о степени его связи с коммунистической партией. «Я не могу ответить на этот вопрос, – ответил он, – так как он, возможно, служит цели выдвинуть против меня обвинения и причинить вред моей репутации, и, кроме того, я думаю, что он нарушает мои права, гарантированные первой поправкой»[238]. Комиссия попросила Бома повторить свой ответ, потом задала ему еще десятки других вопросов; в частности, от него требовалось дать показания, касающиеся нескольких его бывших друзей и коллег по работе в Беркли, включая Джо Вайнберга. Бом отказался. Затем он отправился домой и больше чем на год забыл об этом случае. «Мне казалось, что этот вопрос исчерпан», – вспоминал он позже[239].

Бома волновало совсем другое. Из материалов своего курса квантовой физики он составлял учебник, уделяя в нем огромное внимание объяснению и защите копенгагенской интерпретации. Но в его голову закрадывались сомнения, которые окрепли, когда летом 1950 года работа над книгой подошла к концу. «Когда я закончил книгу, я был не очень доволен тем, как я сам ее понимаю», – рассказывал Бом[240]. А 4 декабря 1950 года в его рабочий кабинет вошел пристав и объявил ему, что он арестован.

Бома доставили в федеральный суд в Трентоне и предъявили обвинение в неуважении к Конгрессу, выразившемся в отказе свидетельствовать перед HUAC. Ханна Лёви вместе с Сэмом Швебером, одним из студентов Бома, приехала в Трентон на машине и внесла за него залог. Когда они вернулись в Принстон, то узнали, что Гарольд Доддс, президент университета, уже отстранил Бома от исследовательской работы и преподавания. Ему запретили появляться в кампусе: он попал в черный список.

Рис. 5.1. Дэвид Бом после допроса в HUAC в мае 1949 года

В феврале 1951 года, в ожидании суда, Бом устроил небольшую вечеринку по случаю выхода его нового учебника «Квантовая теория». Квантовая физика излагалась в книге Бома просто и доходчиво, с акцентом на идеях, а не на уравнениях. Целый раздел был посвящен проблеме измерения; в нем Бом старательно защищал копенгагенскую интерпретацию. «Я писал эту книгу в надежде, что избранный мной подход совпадает с видением Бора, – вспоминал он позже. – Я старался понять это видение как можно лучше. Три года я преподавал этот предмет [квантовую физику], делал записи и в конце концов превратил их в книгу»[241]. Рецензии на книгу Бома были в целом положительные. Он даже получил восторженный отклик от известного своей строгостью Вольфганга Паули, который сказал, что ему подход Бома очень понравился[242].

Вскоре после выхода книги жизнь Бома полностью изменил один телефонный звонок. «Позвонил Эйнштейн, – рассказывал Бом. – Я гостил в это время в доме у его друзей. Он сказал, что хочет видеть меня». Эйнштейн прочел книгу Бома и хотел поговорить с ним о ней. «Я отправился к нему, и мы стали обсуждать книгу, – вспоминает Бом. – Он [Эйнштейн] считал, что я изложил теорию как нельзя лучше, но он все же по-прежнему сомневается в ее адекватности. Его возражения в основном состояли в том, что теория концептуально неполна[243], что волновая функция не дает полного описания реальности и что во всем этом чего-то недостает. Таким было его основное возражение». Эйнштейн твердил все о той же проблеме, которую он обозначил двадцать пять лет тому назад: квантовая физика при всех своих успехах упрямо не дает ответа на вопрос о том, что является реальностью. «Мы говорили об этом – и, по его мысли, нам нужна теория, в рамках которой мы могли бы обсуждать какую-то реальность, реальность существующую, такую, которая была бы верна сама себе и которую не надо было бы всегда соотносить с присутствием наблюдателя, – вспоминал Бом. – Ему в целом было довольно ясно, что с квантовой теорией дело обстоит не так. И поэтому, хотя он признавал, что она дает верные результаты, он все равно чувствовал, что она неполна».

Когда Бом уходил от Эйнштейна, в голове его вертелась одна мысль: «Как мне найти другой угол зрения?» Существует ли другая трактовка странной математики, связанной с квантовой физикой? Или копенгагенская интерпретация все же является единственным ее теоретическим представлением? «Похоже было, что Эйнштейн прав, и мне тоже стало казаться, что здесь что-то не так, – вспоминал Бом. – Я начал думать: так дает ли волновая функция полное описание реальности?»[244] Эйнштейн был убежден в обратном. Бом ухватился за эту мысль и стал ее развивать. Через несколько недель он нашел простой способ переписать основные уравнения квантовой теории. При этом все ее предсказания и результаты остались прежними – ее новая версия была математически эквивалентна старой, – но картина мира, соответствующая этой математической форме, описание реальности, которое она предлагала, радикально отличалось от копенгагенской интерпретации.

Бом был в восторге от своей находки. Он подробно описал свои идеи и послал их в виде нескольких статей в Physical Review, наиболее авторитетный физический журнал. Тем временем подоспели и другие хорошие новости: 31 мая состоялось заседание Федерального окружного суда в Вашингтоне, на котором с Бома были сняты все обвинения. Однако в июне, уступив яростному нажиму президента Доддса, физический факультет Принстонского университета объявил, что не будет продлевать с Бомом контракт. Бом остался без работы. Эйнштейн написал для него несколько рекомендательных писем, но они не помогли. Несмотря на то что суд признал его невиновным, он по-прежнему находился в черном списке.

К концу лета с помощью Эйнштейна и Оппенгеймера Бом нашел место в университете Сан-Паулу в Бразилии. Он никогда прежде не покидал территории Соединенных Штатов и ни слова не знал по-португальски. Но другого выхода у него не было; к тому же он подозревал, что находится под надзором ФБР. И в октябре он отправился в Бразилию.

В этих суровых испытаниях Бома поддерживала надежда, что, когда его статьи будут напечатаны (это должно было произойти в январе), его новый взгляд на квантовую теорию вызовет споры и принесет ему признание в мире физики. «Предсказать, какой прием ждет мою работу, нелегко, – писал он другу в Принстон вскоре после прибытия в Бразилию, – но мне радостно думать, что в перспективе она произведет большое впечатление». Он, однако, боялся, как видно из того же письма, «что “большие шишки” устроят вокруг моей статьи заговор молчания; этим они, возможно, захотят показать шишкам поменьше, что, хотя ничего принципиально нелогичного в моей работе нет, на деле это просто философская позиция, не представляющая никакого практического интереса»[245]. Бом пытался изучать португальский язык, приспособиться к новому (тяжелому для него) климату – и ждал момента, когда его идеи наконец выйдут в свет.

* * *

Согласно предложенной Бомом интерпретации квантовой физики, большая часть тайны, окутывавшей мир квантов, попросту исчезает. Объекты в любой момент занимают вполне определенные положения, наблюдает за ними кто-нибудь или нет. Частицы имеют волновую природу, но в ней нет никакой «дополнительности» – частицы остаются просто частицами; волны-пилоты направляют их движение (отсюда и название волн). Частицы скользят вдоль этих волн. Принцип неопределенности Гейзенберга по-прежнему выполняется – чем больше мы знаем о положении частицы, тем меньше – о ее импульсе, и наоборот. Но, согласно Бому, это просто ограничение информации, которую квантовый мир соглашается нам передать. Мы не можем точно знать, где именно находится данный электрон, но во Вселенной Бома он всегда где-то находится.

Эта простая идея позволила Бому прорубить дорогу через чащу квантовых парадоксов. Копенгагенская интерпретация не позволяет вам спрашивать, что происходит с котом Шрёдингера, пока вы не заглянете в ящик, – ведь бессмысленно говорить о ненаблюдаемом. Но в предложенной Бомом интерпретации с волной-пилотом вы можете не только задать вопрос, но и получить на него ответ: кот жив или мертв еще до того, как вы заглянули в ящик, а открыв его, вы просто увидите, какая из этих возможностей реализовалась. Сам акт наблюдения не имеет никакого отношения к судьбе кота[246].

Рис. 5.2. В эксперименте с двойной щелью волны интерферируют друг с другом

На первый взгляд, это выглядит слишком уж просто. Но если в теории Бома нет никаких странностей, связанных с положениями частиц или с котом Шрёдингера, как можно надеяться, что она будет воспроизводить все причудливые результаты квантовой физики? Гарантию этого дает математика: теория Бома математически эквивалентна уравнению Шрёдингера, центральному уравнению квантовой физики. Поэтому она должна давать те же предсказания, какие получаются и при любой другой интерпретации. Технически это верно – но для того, чтобы почувствовать, как именно действует интерпретация Бома, этого все равно мало. Чтобы добиться ясности, нам понадобится разобраться в одном из самых странных экспериментов всей квантовой физики: в опыте с двойной щелью.

Великому физику Ричарду Фейнману принадлежат знаменитые высказывания об этом опыте: что эксперимент с двойной щелью «позволяет заглянуть в самую суть квантовой механики» и что «в действительности в нем скрыта одна-единственная загадка»[247]. Однако при всей шумихе вокруг этого опыта он неожиданно прост. Установим перед фотопластинкой экран и проделаем в нем две узкие близкорасположенные щели. Затем осветим экран лучом света. Световые волны будут интерферировать друг с другом по ту сторону щели, создавая на фотопластинке картину светлых и темных полос (рис. 5.2). Здесь нет ничего специфически квантового – волны всегда образуют интерференционные картины, будь то пересекающиеся волны от двух камней, брошенных в пруд, или звуковые волны от двух стереофонических громкоговорителей. В интерференции волн нет ничего таинственного: в точках, в которых гребни одной волны накладываются на впадины другой, волны гасят друг друга и сглаживаются, а когда гребни обеих волн совпадают друг с другом, то они друг друга усиливают. Так формируются узоры из темных и светлых полос, показанные на рис. 5.2.

Странности начинаются тогда, когда свет, попадающий на двойную щель, становится очень слабым. Вместо того чтобы светить на двойную щель фонариком, будем посылать на нее наименьшее возможное количество света: по одному фотону за раз. Теперь у каждого фотона есть выбор, как у встретившегося нам во введении Гамлета ростом с нанометр: пролететь сквозь левую щель или сквозь правую? Как только фотон проходит сквозь щель, он попадает в помещенную за ней фотопластинку и оставляет на ней точку. Будем повторять это опять и опять. Мы можем ожидать, что увидим на пластинке две группы точек, по одной против каждой щели (рис. 5.3a). В конце концов, фотоны ведь частицы – крохотные световые теннисные мячики. Бросая теннисные мячики сквозь такую же, только гораздо большего размера, двойную щель, мы точно так же ожидали бы, что они будут ударяться в заднюю стенку в двух кучках точек, по одной за каждой щелью. Но фотоны на деле вовсе не «световые теннисные мячики», и они ведут себя совсем другим, необыкновенным образом: хотя каждый из них действительно ударяется о пластинку в одной-единственной точке[248], вместе следы их ударов образуют на фотопластинке интерференционную картину (рис. 5.3b). Несмотря на то что каждый фотон прошел сквозь двойную щель индивидуально, все они каким-то образом «знали», куда они должны попасть на фотопластинке, чтобы образовать интерференционную картину. Во время движения каждого фотона сквозь щель что-то взаимодействовало с ним, несмотря на то что друг с другом частицы не взаимодействуют и за один раз через двойную щель так или иначе проходит только одна частица.

Рис. 5.3. А. Мы не могли бы ожидать, что индивидуальные фотоны, проходя через двойную щель по одному, будут образовывать интерференционную картину. Б. Каким-то образом индивидуальные фотоны, проходя через двойную щель, ухитряются интерферировать сами с собой

Озадаченные результатами вашего эксперимента, вы его повторяете, но с одной придумкой. На этот раз, чтобы определить, через какую щель пойдет каждый фотон, вы устанавливаете в обеих щелях по маленькому детектору фотонов, чтобы разобраться, каким образом на пластинке может получаться такая интерференционная картина. Результат демонстрирует вам то, что вы уже подозревали, но во что не смели поверить: фотоны с вами просто играют в прятки! Теперь, когда вы следите за ними так внимательно, они вообще отказываются образовывать интерференционную картину, а вместо этого оставляют на пластинке те самые две кучки точек, которых вы ждали в начале (рис. 5.3 А). Что за шутки? Как могут фотоны вести себя по-разному только из-за того, что вы за ними следите? Откуда они вообще знают, что вы делаете?

Как и следовало ожидать, на этот вопрос копенгагенская интерпретация дает мистический псевдоответ на расплывчатом языке боровской философии дополнительности.

Согласно копенгагенской интерпретации, идея частиц дополнительна идее волн. Эти идеи противоречат друг другу – фотоны не могут быть одновременно частицами и волнами, – но обе они попеременно необходимы для описания этого эксперимента. Когда вы не измеряете положение фотона, он является волной. Таким образом, фотоны могут интерферировать сами с собой, когда проходят сквозь двойную щель. Но измерение положения фотона вынуждает его вести себя как частица: когда фотон ударяется об экран, установленный за двойной щелью, он должен столкнуться с ним только в одной точке. Подобным же образом, установка детекторов фотонов в каждой щели заставляет фотон, проходя через двойную щель, вести себя как частица: детекторы вынуждают каждый фотон проходить только через одну щель, и, таким образом, они не интерферируют сами с собой, хотя прежде они свободно могли вести себя как волны и проходить сквозь обе щели. Но спрашивать, где был фотон до измерения, бессмысленно: у волны нет определенного местоположения. Измеряемое свойство создано самим измерением; спрашивать о положении фотона заблаговременно – не более чем софистика. Любая попытка наглядно представить, как это возможно, любая попытка дать отчет о том, как ведет себя квантовый мир между измерениями, обречена на поражение, потому что, как сказал Бор, никакого квантового мира нет.

Рис. 5.4. Траектории частиц, направляемые волнами-пилотами, в опыте с двойной щелью (вид сверху вниз). Рисунок выполнен при помощи программы Mathematica, любезно предоставленной профессором Чарлзом Себенсом (UCSD)

Бом объяснил странные результаты опыта с двойной щелью, сделав именно то, что с точки зрения копенгагенской интерпретации было невозможно: дав подробный отчет о том, что происходит в квантовом мире, независимо от того, наблюдает за этим кто-нибудь или нет. Фотоны, согласно Бому, – это частицы, скользящие по волнам. В то время как частица может пройти лишь через одну щель, ее волна-пилот проходит через обе и интерферирует сама с собой. Эта самоинтерференция, в свою очередь, воздействует на движение частицы, так как последнюю направляет волна. Волна толкает частицу на путь, обеспечивающий появление на фотопластинке интерференционной картины после того, как сквозь двойную щель пройдет достаточное число фотонов (рис. 5.4). Установка детекторов фотонов в каждой щели влияет на пилотную волну каждого фотона – как бы хитроумно эти датчики ни были установлены, любой детектор фотонов неизбежно изменит у каждого фотона пилотную волну. Это следует из принципа неопределенности Гейзенберга: в интерпретации Бома он ограничивает степень, до которой измерительные устройства могут избежать воздействия на измеряемые объекты. В результате воздействия измерений на волны-пилоты фотонов траектории волн изменятся, и на фотопластинке будут наблюдаться две группы точек, а не интерференционная картина. По мнению Бома, хотя измерения и могут влиять на движение частицы, все частицы обладают определенными положениями, наблюдает за ними кто-нибудь или нет.

Интерпретация Бома очень похожа на старую интерпретацию де Бройля, представленную им на Сольвеевской конференции в 1927 году. Математическая сторона обеих этих интерпретаций по сути идентична, и они отличаются только акцентом на тех или иных идеях. Основной физический смысл обоих подходов один и тот же: квантовый мир состоит из частиц, направляемых волнами. Но в том, в чем де Бройль проиграл, Бом добился успеха. Он умело решил задачи, поставленные Паули, Крамерсом и другими четверть века назад на Сольвеевском конгрессе, настаивая на том, чтобы все трактовалось в квантовом смысле: и то, что подлежит измерению, и измерительные устройства. Это была поистине радикальная идея: вполне серьезно принять квантовую физику как способ описания всего мира в целом. В бомовской интерпретации, построенной на идее волн-пилотов, странности квантового поведения для больших объектов минимизируются – вот почему мы не наблюдаем этих странностей в повседневной жизни. Но все объекты, большие и маленькие, в конечном счете управляются одним и тем же набором квантовых уравнений.

Копенгагенская интерпретация, напротив, не считает квантовую физику способом описания всего мира, и в особенности экспериментального оборудования, участвующего в измерениях, такого как фотопластинки или двойные щели. Согласно Бору, одной из фундаментальных особенностей квантовой физики является «необходимость описывать функции измерительных инструментов в чисто классических терминах, в принципе исключая любые связи с квантами»[249]. Квантовая механика считалась физикой малых, а не больших масштабов, «и вместе им не сойтись»: когда студент Бора Георгий Гамов, только лишь для того, чтобы в доступной форме объяснить не-физикам квантовые законы, описал фантастический мир, в котором квантовые эффекты проявляются в больших масштабах, Бора это «скорее рассердило, чем позабавило»[250]. Копенгагенская школа отказывалась всерьез принимать квантовую физику в качестве теории, относящейся к миру в целом, – это была теория, описывающая формы нашего взаимодействия с миром исчезающе малых масштабов, прагматическое изобретение, средство предсказания исходов экспериментов – и ничего более. И в соответствии с позицией Бора так и должно быть: он заявлял, что дело физики «не вскрывать истинную суть» окружающего нас мира, но просто отыскивать «методы упорядочения и классификации человеческого опыта»[251].

* * *

Прав ли Бор? Действительно ли неверно говорить, что физики должны пытаться разобраться, как на самом деле устроен наш мир? Или достаточно просто выдвигать теории, точно предсказывающие результаты экспериментов? И если теория Бома предсказывает то же самое, что и «обычная» квантовая физика (чем бы она ни была), что означает это совпадение? Как могут существенно отличаться две конкурирующие теории, дающие одни и те же предсказания?

Эти вопросы указывают на наличие серьезных проблем в философии науки (с некоторыми из них мы встретимся снова в главе 8). Короткий ответ на них таков: нет, Бор неправ, по крайней мере в столь буквальном смысле. Картина мира, которая сопровождает физическую теорию, – важный компонент этой теории. Две теории, которые дают идентичные предсказания, могут давать разительно отличающиеся картины мира – например, одна может помещать в центр Вселенной Землю, а другая Солнце, – а эти картины в свою очередь, многое определяют в повседневной научной практике. Если, по-вашему, в центре Солнечной системы находится Солнце, а не Земля, то вы, несмотря на то что обе эти астрономические теории дают одинаковые предсказания о движении светил по земному небу, скорее всего, заключите, что ни в Земле, ни в самой Солнечной системе нет ничего особенного и что у других звезд тоже вполне могут быть планеты. Картина мира, сопутствующая научной теории, определяет эксперименты, которые ученые считают необходимым выполнить, позволяет оценить получаемую информацию и направляет поиски новых теорий.

В статьях 1952 года, в которых Бом дал общее описание своей новой квантовой интерпретации, он защищал именно эту точку зрения. «Цель теории не только установить взаимосвязь между результатами наблюдений, которые мы уже научились выполнять, – писал он в заключении ко второй статье, – но делать предположения о необходимости новых видов наблюдений и предсказывать их результаты»[252]. Часть своих претензий к Копенгагенской интерпретации Бом относил на счет логического позитивизма, течения в философии науки, вдохновленного Махом (мы уже говорили об этом течении в главе 3). По мнению Бома, копенгагенская интерпретация была «в значительной степени движима» идеей о том, что объекты, которые невозможно увидеть, не являются реальными. Бом приписывал эту идею позитивизму. Однако, отмечал он, «история научных исследований полна примеров того, как оказывалось очень плодотворным допускать реальность определенных объектов или элементов задолго до того, как станут известны процедуры, которые позволили бы наблюдать эти объекты непосредственно»[253]. Бом затем приводил в пример атомы, существование которых Мах отказывался признать до самого конца, невзирая на неопровержимые доказательства – ведь их нельзя было видеть. Бом вновь затронул этот вопрос вскоре после своего прибытия в Бразилию в письме к своему другу и однокашнику, физику Артуру Уайтмену:

«Создавать предварительные концепции необходимо, даже если никаких эмпирических доказательств еще не получено: они нужны, чтобы направлять наш выбор и планировать эксперименты, чтобы эксперименты было легче интерпретировать <…> Очень часто настоящее эмпирическое подтверждение новой идеи приходит с неожиданной стороны (возьми хоть броунианское [sic[254] ] движение, первое прямое доказательство существования атомов – его открыл биолог)[255]. Однако такое подтверждение могут оценить только те, кто уже готов к подобной возможности. Поэтому я высказался бы за самое широкое распространение среди физиков знаний обо всех наличествующих возможностях. В такие времена, как сейчас, физики должны знать обо всех возможностях и чувствовать, что, пока им неизвестно, какие из этих возможностей оправдаются, каждый физик должен быть готов, если понадобится, отказаться даже от той из них, что с прежней точки зрения казалась надежнее и красивее всех, в пользу той, что может выглядеть произвольной и неизящной, но с новых позиций помогает что-то объяснить»[256].

Все же, как отмечал Бом в своих статьях 1952 года, «позитивистские соображения по-прежнему являются составной частью философской позиции, молчаливо разделяемой многими современными физиками-теоретиками»[257]. Не то чтобы позитивистски настроенные физики считали, что в новой интерпретации квантовой физики нет никакой необходимости, – по их мнению, необходимости не было ни в какой интерпретации вообще. Квантовая физика идеально коррелировала с наблюдениями и предсказывала их результаты, а это при строго позитивистском подходе к науке и есть все, что требуется от научной теории. Любые сопутствующие той или иной теории идеи о том, что в действительности представляет собой природа, просто ненужный груз. Такова была логика, стоящая за боровской «риторикой неизбежности», как назвала ее историк науки Мара Беллер. Бор и его последователи говорили, что копенгагенская интерпретация не просто верный путь понимания квантовой физики – нет, это единственный возможный путь, необходимый и неизбежный вывод квантовой революции. «Каждая особенность копенгагенской интерпретации, – писал Леон Розенфельд, один из ближайших сподвижников Бора, – навязана нам как единственный способ избежать неоднозначности, которая возникла бы при любой попытке анализа типично квантового явления в классических терминах»[258]. Таким образом, в лагере Бора считалось, что в поиске другой интерпретации не просто нет необходимости – это бессмысленная трата времени. К тому времени, когда появились статьи Бома, спустя семь лет после окончания Второй мировой войны и после всех изменений, которые война внесла в культуру занятий физикой, эта точка зрения среди физиков возобладала.

Создав реальную альтернативу копенгагенской интерпретации, Бом, конечно, сумел показать ложность «риторики неизбежности». Но прийти к осознанию, что своей теорией Бом хоть чего-то достиг, другим оказалось нелегко. Бом предчувствовал, что его работу будут, возможно, игнорировать или дискредитировать, но все же, когда до него дошли слухи о том, как ее приняли в Принстоне, он, что вполне понятно, был огорчен.

* * *

«Что до <…> этих пердунов из “Принститута”, плевать мне на них, пусть думают обо мне, что хотят <…> Я убежден, что я на верном пути»[259]. В своей бразильской изоляции Бом мог выплескивать досаду только в письмах друзьям. А письма друзей были для него единственным источником известий о том, что происходило в мире физики. Спустя несколько недель после прибытия в Бразилию в октябре 1951 года Бома вызвали в консульство США в Сан-Паулу. Там у него отобрали паспорт и затем вернули со штампом, разрешавшим ему выезд из Бразилии только в Соединенные Штаты[260]. Но Бом с опаской думал о том, что может его ждать, вздумай он вернуться на родину. «Лучшее из возможных объяснений – они просто не хотят, чтобы я покидал Бразилию, – писал Бом Эйнштейну, – а худшее – планируют вывезти меня обратно, так как, возможно, снова хотят вернуться ко всей этой грязной истории»[261]. Прежде Бом надеялся отправиться в Европу, чтобы встретиться там с ведущими физиками и защитить свои идеи. «Мне совершенно необходимо выступать с докладами, если возможно, в Европе, а может быть, даже и в США, если не выйдет с Европой; а иначе никто не станет утруждать себя чтением моей статьи», – писал он другу[262]. Теперь, без паспорта, Бому пришлось защищаться в удаленном режиме. Получалось это плохо.

Еще до того, как его статьи вышли из печати, Бом отправил их нескольким «отцам-основателям» квантовой физики (некоторые из них всего за несколько месяцев до этого прислали Бому хвалебные отзывы о его учебнике). Первым Бому ответил де Бройль, напомнив, что он размышлял над похожими идеями еще двадцать пять лет назад, но Паули и другие охладили его пыл, указав на серьезные трудности в теории волны-пилота. Затем Бому ответил и сам Паули, выставляя в качестве возражений те же самые трудности. Но Бом сумел справиться с ними изящно и уверенно, опираясь на свою блестящую догадку о том, что сами измерительные устройства должны быть включены в описание на квантовом уровне. Несколько следующих месяцев Паули и Бом обменивались длинными горячими письмами. Наконец Паули признал, что теория Бома непротиворечива, но все же продолжал настаивать, что, так как не существует способа установить, какой из подходов, «нормальная» квантовая физика или теория волны-пилота, верен, теория Бома остается «чеком, который невозможно обналичить»[263]. В конечном счете Паули остался при мысли, что идеи Бома – это какая-то «искусственная метафизика»[264].

Сам Нильс Бор Бому не ответил. Но Бом все же получил письмо от своего друга Арта Уайтмена, который в это время гостил в институте Бора. Если верить Уайтмену, Бор сказал, что теория Бома «очень глупа (very foolish)»[265], и больше разговаривать об этом не стал. Фон Нейман, однако, был менее презрителен; он считал идеи Бома «корректными» и даже «очень элегантными»[266], но опасался, что Бом столкнется с трудностями при расширении своей теории на квантовое явление спина[267]. Эти опасения впоследствии не оправдались.

Опасения фон Неймана, вероятно, коренились в его собственном «доказательстве невозможности» подхода, отличного от копенгагенской интерпретации. Бом понимал, что его теория указывала на некоторый изъян в этом доказательстве – или по крайней мере на то, что это доказательство оказалось менее сильным, чем обычно представлялось другим физикам. Каким способом его теория обходит доказательство фон Неймана, Бом продемонстрировал ближе к концу своей второй статьи, в которой излагается идея волны-пилота. Но его анализ доказательства фон Неймана оказался в лучшем случае несколько неясным, а в худшем – просто неверным. А не получив ясного и содержательного объяснения, что именно не так в доказательстве фон Неймана, многие физики решили, что плоха как раз сама теория Бома – она просто не может быть верной, ведь фон Нейман уже доказал, что такие теории невозможны.

Все же было несколько физиков, пришедших на помощь Бому и поддержавших его точку зрения. Прежде всего, это был Луи де Бройль, который вернулся к своей старой квантовой интерпретации и вступил с Бомом в спор о приоритете. Бом вначале отказывался признать первенство де Бройля. «Если кто-то найдет бриллиант и выбросит его, по ошибке приняв за не представляющий никакой ценности камень, а потом этот бриллиант найдет другой человек, который понимает его истинную цену, разве не скажете вы, что камень по праву принадлежит второму из тех, кто его нашел?»[268] Однако спор продолжался недолго и разрешился мирно. Когда Бом через несколько лет написал книгу, посвященную его новой интерпретации, де Бройль прислал к ней яркое предисловие, в котором называл работу Бома «элегантной и наводящей на размышления»[269]. Институт де Бройля в Париже стал одним из немногих мест в мире, где возражения против копенгагенской интерпретации были нормой.

Бом надеялся и на поддержку советских физиков и других коммунистов. В его интерпретации квантовая физика явным образом превращалась в науку о реальном содержимом окружающего мира, а не просто была, как прежде, набором абстрактных утверждений физиков об исходах экспериментов. Это хорошо соответствовало акценту на «материализме» и отказу от позитивизма, что красной нитью проходило во многих направлениях марксистской мысли[270]. Позитивизм Маха, в частности, был обычным объектом нападок марксизма. На Маха обрушивался даже сам Ленин; в своем труде «Материализм и эмпириокритицизм» Ленин назвал философию Маха «реакционной» и «солипсистской». Некоторые советские физики, например Дмитрий Блохинцев и Яков Терлецкий, предъявляли те же обвинения и копенгагенской интерпретации; Бом познакомился с их работами уже после того, как разработал собственную интерпретацию. Важно было и то, что теория Бома появилась в разгар «ждановизма», шедшей в сталинском СССР идеологической кампании, целью которой было подавление любой интеллектуальной деятельности, допускавшей хоть тень расхождений с идеалами советского коммунизма. И хоть, конечно, существовали версии копенгагенской интерпретации, которые можно было совместить с советской государственной идеологией, все же ауры позитивизма, которая витала над этой физической концепцией, было довольно, чтобы при Сталине большинство советских физиков осмотрительно воздерживалось от публичной защиты идей Бора. В результате, как пишет историк науки Лорен Грэм, в СССР в это время началась «эпоха гонений на дополнительность»[271].

Некоторые друзья Бома из числа марксистов действительно откликнулись на его работу положительно: несколько учеников де Бройля (из которых особо отметим Жана-Пьера Вижье) находили привлекательными и марксизм, и концепцию волны-пилота. Но многие марксисты-физики не поддержали идей Бома. Хотя Блохинцев и Терлецкий критиковали боровский принцип дополнительности и другие ловушки копенгагенской интерпретации – иногда весьма громогласно, – интерпретацию Бома они не поддержали. У них были в запасе собственные альтернативы квантовой ортодоксии. На деле, как подозревал Бом, разгул «ждановизма» просто удерживал большинство физиков за «железным занавесом» от каких-либо обсуждений вопросов квантовой интерпретации вообще. «Я спрашиваю себя, почему за 25 лет никто в СССР не нашел материалистической интерпретации квантовой теории? Это было не очень трудно, – писал он своей подруге Мириам Йевик. – В СССР всегда много критиковали квантовую теорию на идеологической почве. Но это не принесло никаких результатов, возможно, потому что отпугнуло людей от этих проблем[272], а не стимулировало их».

Как бы там ни было, политика «ждановизма» умерла вместе со Сталиным в 1953 году. При Хрущеве в Советском Союзе начались (весьма относительные!) послабления идеологических строгостей. Это позволило русским физикам, которые и прежде поклонялись Бору, возвысить свой голос в поддержку копенгагенской интерпретации. Один из них, Владимир Фок, насаждал идеи Бора в системе советского физического образования. Об интерпретации на основе волны-пилота он отзывался как о «болезни Бома – Вижье». Бом предполагал, что другие физики при этом не решались критиковать копенгагенскую интерпретацию не только из-за верности идеям Бора, но и из опасения, что это будет выглядеть как критика по идеологическим соображениям[273]. В СССР тогда уже появилось учение Лысенко, псевдоальтернатива дарвиновской теории эволюции, основанная на «истинно марксистском» понимании биологии. Советской биологии и сельскому хозяйству пришлось потом несколько десятилетий оправляться от ущерба, который им причинили Лысенко и его псевдонаучные приспешники. Разумеется, нормальные физики в СССР меньше всего хотели, чтобы подобное фиаско потерпела и квантовая физика.

Один марксист в особенности точил зубы на Бома: Леон Розенфельд, правая рука Бора в Копенгагенском институте. В нем одновременно уживались пристрастия к дополнительности и марксизму, из-за чего Паули прозвал его «квадратным корнем из Бора, умноженным на Троцкого». Розенфельд счел своим долгом защитить от Бома Единственное Истинное Учение квантовой физики. «Я, конечно, и не подумаю вступать в какие-либо споры по вопросу о дополнительности ни с вами, ни с кем-нибудь другим, – писал он Бому, – по той простой причине, что в этом вопросе нет ни малейшего спорного момента»[274]. Тем не менее на участие в этом несуществующем споре Розенфельд тратил много времени, прилагая значительные усилия, чтобы предотвратить распространение идей Бома. Розенфельду удалось не допустить публикации статьи Бома в Nature; он пресек и появление в Nature перевода русской статьи с критикой принципа дополнительности, убедив переводчика его отозвать[275]. Он даже сумел остановить публикацию английского перевода книги де Бройля о волнах-пилотах. А когда Бом спустя несколько лет выпустил свою книгу о квантовой интерпретации, основанной на идее волны-пилота, Розенфельд написал на нее едкую рецензию, заявив в ней, что Бом безнадежно лишен всякого понимания квантовой физики: «Понятно, что первопроходец, вступивший на неведомую землю, может поначалу не найти на ней лучшего маршрута; но гораздо труднее понять, как турист умудряется потеряться на территории, тысячу раз обследованной и нанесенной на подробные карты»[276]. Взгляды Розенфельда в основном разделялись и физическим сообществом. Один из его друзей писал ему: «Меня очень забавляет расправа над Дэвидом Бомом <…> На нем оттоптались уже с полдюжины самых видных знаменитостей. Большая честь для такого юнца»[277].

Среди этих «знаменитостей» были не только Розенфельд и Паули, но и Вернер Гейзенберг, который развенчал теорию Бома как «разновидность “идеологической надстройки”, имеющей слабое отношение к непосредственной физической реальности»[278], и Макс Борн, который сказал, что Паули «уничтожает Бома не только философски, но и физически»[279]. Правда, между Гейзенбергом, Борном, Паули, Розенфельдом и другими представителями «старой гвардии» оставались частные идеологические разногласия. Розенфельд считал, что Гейзенберг заигрывает с идеализмом – смертельное оскорбление в устах марксиста. В свою очередь, на взгляд Паули и Борна, Розенфельд был в своей научной деятельности чересчур политически мотивирован[280]. Но, невзирая на эти расхождения, создатели копенгагенской интерпретации сомкнули ряды для атаки на Бома.

Но вовсе не только «старой гвардии» не пришлись по вкусу идеи Бома. Более молодое поколение физиков – насколько они Бома вообще замечали – тоже относилось к нему с пренебрежением. В частности, многих из них настораживал в теории Бома один неустранимый факт: она была нелокальна, то есть частицы могли мгновенно влиять друг на друга на больших расстояниях. Одиночную частицу, путешествующую во Вселенной, самостоятельно, ни с чем не сталкиваясь, направляет по ее пути ее волна-пилот, и такая частица полностью локальна. Но добавим вторую частицу, которая каким-то образом взаимодействует с первой. Тут же оказывается, что они уже связаны – запутаны – и пилотная волна одной частицы изменяется в зависимости от точного положения другой, независимо от того, на каком расстоянии частицы могут быть друг от друга. Это «жуткое дальнодействие» мы уже встречали в копенгагенской интерпретации – именно против него возражал Эйнштейн в статье ЭПР. Но многие физики так ничего и не знали об аргументах ЭПР, а большинство из тех, кто о них знал, глубоко заблуждались на их счет. Для них явно декларируемое в теории Бома «действие на расстоянии» было просто еще одним уязвимым ее местом по сравнению с копенгагенской интерпретацией.

Вставал и вопрос о том, приведут ли идеи Бома к новым научным результатам. В частности, поскольку его теория предполагает связи между частицами, распространяющиеся быстрее света, представлялось затруднительным совместить идеи Бома со специальной теорией относительности. Релятивистская квантовая теория, известная как квантовая теория поля (КТП), в это время уже стала активной и продуктивной областью исследований в Соединенных Штатах и Европе. Основы КТП заложил Поль Дирак; ее разрабатывали такие выдающиеся физики, как Фейнман, Джулиан Швингер, Синъитиро Томонага и Фримен Дайсон. КТП имела большой успех: Дирак с ее помощью предсказал существование антивещества, что принесло ему Нобелевскую премию; другие использовали ее, чтобы доказать глубокие связи между независимыми с виду квантовыми свойствами и чтобы объяснять все усложняющиеся результаты экспериментов с частицами высоких энергий. Поток этих результатов непрерывно поступал с ускорителей, которых в мире строили все больше и больше. Нерелятивистская квантовая теория тоже успешно применялась в таких областях, как физика твердого тела. По свидетельству Сэма Швебера, Бома по-прежнему высоко ценили за другие его достижения в физике – но никто не понимал, как можно было бы применить его новые идеи в области теории квантов к широкому разнообразию интересных актуальных проблем. «Как в физике твердого тела, так и в физике высоких энергий происходило так много всего, что людей не очень интересовали основы науки», – вспоминал Швебер. Бомовская интерпретация квантовой теории, говорил он, «непродуктивна. Очень трудно понять, как использовать его квантовую механику, когда хочешь обобщить ее до квантовой теории поля. Она оказывается где-то на обочине»[281].

Чтобы выжить, теория Бома должна была объяснить успехи КТП и выстроить связи с другими активно развивающимися областями исследований. Но Бом, запертый в Бразилии, видел, что дело стоит. «Я должен в одиночку за год-два произвести научную революцию, сравнимую с тем, что совершили Ньютон, Эйнштейн, Шрёдингер и Дирак, вместе взятые»[282], – жаловался он другу. В условиях ссылки Бому было трудно оставаться в курсе последних достижений квантовой физики; он раскритиковал свежую работу по КТП своего друга Ричарда Фейнмана как «длинные и скучные вычисления в рамках теории, которая, как всем известно, не имеет смысла»[283]; за эту работу Фейнман через некоторое время получил Нобелевскую премию. Географическая и идеологическая изоляция Бома серьезно отражалась на его научном статусе.

Даже такие непримиримые оппоненты копенгагенской ортодоксии, как Эрвин Шрёдингер, не поддержали Бома. Против копенгагенской интерпретации у Шрёдингера даже спустя двадцать пять лет все еще оставались серьезные возражения; он продолжал сражаться с ней до самой смерти. «Наглость, с которой ты опять и опять утверждаешь, что копенгагенская интерпретация принята практически повсеместно, утверждаешь безоговорочно, даже перед аудиторией, состоящей из непрофессионалов, которые полностью в твоей власти, – эта наглость на грани неприличия, – писал он Максу Борну в 1960 году. – Неужели ты не боишься суда истории?»[284] Но, когда Бом написал Шрёдингеру о своей квантовой интерпретации на основе волны-пилота, он получил только извещение от его секретаря: Шрёдингера работа не заинтересовала. «Шрёдингер не соизволил написать мне собственноручно; он лишь соблаговолил распорядиться, чтобы его секретарь сообщил мне: его высокопреосвященство полагает несообразными механические модели в квантовой теории, – ворчал Бом. – Разумеется, его высокопреосвященство не нашло нужным читать мои статьи <…> По-португальски я бы назвал Шрёдингера um burro (осёл. – Прим. пер.)[285], а ты догадайся, что это значит». Шрёдингер был поглощен собственной попыткой интерпретировать квантовую физику: в его картине квантового мира существовала только волновая функция, а частиц не было вообще. Частицы, направляемые волнами-пилотами, были ему полностью неинтересны.

Но больше всего обескуражило Бома то, как отнесся к его работе Эйнштейн. Эйнштейн определенно сочувствовал побуждениям Бома – ведь в первую очередь именно совет Эйнштейна придал Бому храбрости, когда он взялся за разработку своих идей. Но результат, к которому Бом пришел, Эйнштейна совершенно не удовлетворил. «Ты заметил, что Бом считает (как, между прочим, двадцать пять лет назад считал де Бройль), что он способен интерпретировать квантовую теорию в терминах детерминизма? – писал Эйнштейн своему старому другу Максу Борну. – По-моему, это чересчур дешевый путь»[286].

В письме Эйнштейна не поясняется, что именно было «чересчур дешевым» в идеях Бома. Но интерпретация на основе волны-пилота действительно имела несколько особенностей, явно для Эйнштейна неприемлемых. Объекты могли двигаться странным образом или вообще не двигаться, когда, судя по всему, должны были. Эйнштейн указывал, что в теории Бома частица, попавшая в замкнутый объем (ящик), могла оставаться неподвижной, несмотря на то что имела огромное количество кинетической энергии (энергии движения). Это противоречило тому принципу, что квантовая физика должна согласовываться с классической для больших объектов[287]. В своем ответе Бом писал, что в такой ситуации при открывании ящика его стенки будут взаимодействовать с частицей, вследствие чего частица, прежде лишенная движения, стремительно вылетит из ящика со скоростью, соответствующей кинетической энергии, которой она обладала до открытия ящика. Это, конечно, выглядит странно, но любой теории пришлось бы обладать некоторой странностью, чтобы воспроизвести контринтуитивные результаты квантовой физики. (К чести Эйнштейна, вместе со своими соображениями он опубликовал и ответ Бома на его критику.)

Эйнштейн был также недоволен идеей нелокальности. Он знал, что копенгагенская интерпретация нелокальна, и в этом отношении теория Бома была ничуть не хуже обычного воззрения. Но Эйнштейн не видел никаких физических причин жертвовать локальностью – аргументация ЭПР ясно показала, что квантовая физика либо нелокальна, либо неполна, и Эйнштейн делал ставку на вторую возможность. Он писал Борну: «Когда я рассматриваю известные мне физические явления, особенно те, которые столь успешно описаны квантовой механикой, я по-прежнему не могу найти ни единого факта, который заставлял бы полагать, что локальность придется отбросить»[288].

Эйнштейн также хотел отыскать совершенно другие пути описания того, что происходит на квантовом уровне. Копенгагенская интерпретация и Бор настаивали на необходимости использования классических понятий в рамках классического описания измерительных устройств. Идеи Бома порывали и с тем и с другим, но не настолько полно, насколько на это надеялся Эйнштейн. Эйнштейн хотел найти новый способ видения природы, теорию, лежащую в основе квантовой физики, теорию, которая раскрыла бы некую прежде неизвестную истину, а не просто новый способ интерпретации существующей квантовой теории. Такой угол зрения Эйнштейн надеялся найти в единой теории поля, которая объединила бы его общую теорию относительности с более глубокой реальностью, скрытой, как он был убежден, в основании математического аппарата квантовой физики. После смерти Эйнштейна Борн написал о нем: «Его идеи были более радикальны [чем у Бома], но в них была “музыка будущего”»[289].

История повторялась: как и 25 лет назад на Сольвеевской конференции, защитники копенгагенской интерпретации выступили единым фронтом, забыв о частных разногласиях, тогда как бунтари, неспособные выработать единую позицию, «сдулись».

* * *

Прошло два года. Бому не терпелось поскорее покинуть Бразилию. Его теорию либо игнорировали, либо ниспровергали, а он не мог никуда поехать, чтобы выступить в свою защиту. Он обратился за помощью к Эйнштейну. Несмотря на недовольство квантовой интерпретацией на основе волны-пилота, в целом Эйнштейн все еще был рад поддержать Бома. И он принялся хлопотать об освобождении Бома из его ссылки: связался с Натаном Розеном, своим бывшим ассистентом и соавтором статьи ЭПР, и спросил его, не мог бы Розен взять Бома на работу на свой новый физический факультет в новой стране – Израиле. Бом, талантливый физик и еврейский политический беженец, казалось, вполне подходил для репатриации в Израиль, а Эйнштейн, самый знаменитый еврей в мире, пользовался там большим авторитетом. Розен подыскал для Бома место, но без паспорта тот по-прежнему находился в бразильской западне. Имея на руках предложение о работе, Бом попытался получить израильское гражданство; а когда этот план не сработал, Эйнштейн предложил Бому получить гражданство Бразилии и выехать по новому паспорту. Бразильские связи Бома заставили правительственно-бюрократические колеса вертеться быстрее, и 20 декабря 1954 года он сделался бразильским гражданином. Еще через несколько месяцев Бом наконец уехал из Бразилии. Он провел здесь почти четыре года.

В Израиле Бому жилось неплохо. Он познакомился с иммигранткой Сарой Вулфсон, и они вскоре поженились. Он выпустил книгу, в которой изложил свою версию квантовой физики. Он ездил в Европу, где встречался и работал с другими физиками. Он даже пару раз приезжал в Институт Бора в Копенгагене, хотя там он работал исключительно над вопросами физики плазмы. Не сохранилось никаких записей, подтверждающих, что он когда-либо разговаривал с Нильсом Бором об интерпретации на основе пилотных волн. В Тель-Авиве Бом стал работать с исключительно талантливым студентом по имени Якир Ааронов. Не желая заражать Ааронова своими еретическими идеями, что могло бы бросить на студента нежелательную тень, в начале их сотрудничества Бом заключил с ним пакт: они будут работать только в сфере «нормальной» квантовой физики[290], а не с ее разработанной Бомом версией. Вместе они обнаружили новое неожиданное следствие квантовой физики, которому суждено было стать наиболее известным результатом, полученным Бомом в «нормальной» физике: эффект Ааронова – Бома, необычную особенность поведения электронов и других заряженных частиц вблизи электромагнитных полей.

Тем временем Бом убедил себя в том, что его квантовая интерпретация на основе волн-пилотов несостоятельна. Уже после того, как он написал о ней книгу, Бом решил, что ошибался и что его интерпретация в конечном счете не работает, – хотя он по-прежнему не признавал и ортодоксальной копенгагенской точки зрения. От своей интерпретации он отказался по многим причинам: не смог понять, как согласовать ее со специальной теорией относительности, был обескуражен отсутствием интереса со стороны физического сообщества и не видел возможности дальнейшего развития своих идей. «Поскольку я в то время не мог ясно представить себе, как двигаться дальше, – говорил он через много лет, – я обратился к другим направлениям физики»[291]. Эта перемена случилась в нем примерно в одно время с другим, не менее значительным интеллектуальным сдвигом: жестокое подавление венгерского восстания в 1956 году заставило Бома порвать с марксизмом. Эта перемена в жизненной философии изменила и образ мыслей Бома о природе квантового мира, что еще больше способствовало его отказу от прежних идей.

Параллельно с поисками нового подхода к квантовой физике Бом наконец обрел и некоторую стабильность в своей профессиональной жизни. В 1957 году он уехал из Израиля, получив временную позицию в Бристольском университете в Великобритании. Спустя еще несколько лет он нашел постоянную работу в колледже Биркбек Лондонского университета. И наконец, ему предложили одну за другой две постоянные должности в Соединенных Штатах: одну в новообразованном университете Брандейса в Бостоне, а через несколько лет и другую: в Горном технологическом институте штата Нью-Мексико. Но когда он попытался занять эти места, перед ним встала новая проблема: правительство США, узнав о его бразильском гражданстве, еще прежде лишило его гражданства американского. А так как в Госдепартаменте все еще живо помнили о его связях с коммунистами, заявление Бома о восстановлении гражданства на родине было встречено неприветливо. Да, он мог вернуться на родину и снова стать американцем – но только если публично отречется от коммунизма. Хотя Бом больше не принадлежал ни к какому марксистскому течению, он посчитал неэтичным публично отказываться от своих прежних политических взглядов просто для получения какой-то практической выгоды. «Мне кажется, нечестно говорить это (осуждать коммунизм), чтобы восстановить американское гражданство. Получается, я что-то говорю главным образом не потому, что считаю это верным, а для какой-то скрытой практической цели. Это вроде как написать научную статью, чтобы понравиться начальнику и получить более выгодное место»[292]. И, не желая идти на компромисс со своей совестью, Бом остался в Биркбеке.

Пока Бом искал новый путь понимания квантового мира, интерпретация на основе волны-пилота канула в небытие. Но в Принстоне, где начиналась ее драматическая история, ей уже нашлась новая альтернатива.

6

Оно из другого мира!

Альберт Эйнштейн прочел последнюю лекцию в своей жизни в Принстоне, штат Нью-Джерси, 14 апреля 1954 года. Его пригласили выступить на университетском семинаре Джона Уилера по теории относительности, но речь неизбежно зашла о роли наблюдателя в квантовой физике. («На квантовую теорию я истратил гораздо больше мозгов, чем на относительность»[293], – сказал как-то Эйнштейн своему другу Отто Штерну.) Эйнштейн обрисовал свои возражения против квантовой физики, а после этого студенты задавали вопросы, пытаясь защитить взгляды Бора – они ведь учились у Уилера. Эйнштейн терпеливо отвечал, порой с легкой усмешкой спрашивая в ответ: «А когда наблюдателем является мышь, меняет ли это состояние Вселенной?»[294]

Один из присутствовавших на лекции студентов первого года магистратуры был поражен глубиной вызова, который Эйнштейн бросал копенгагенской интерпретации. Спустя год, когда Эйнштейна уже не было в живых, этот студент, Хью Эверетт, нашел хорошее применение его мыслям, сумев обернуть их в защиту своей новой интерпретации квантовой физики. В отличие от Эйнштейна – и подобно Бому – Эверетт попытался решить проблемы квантовой физики в рамках ее собственного математического аппарата, вместо того чтобы строить совершенно новую теорию. Но, в отличие от теории Бома, в решении Эверетта никакие волны-пилоты не участвовали. Ответ Эверетта на вопросы, таящиеся в основаниях квантовой физики, был вполне оригинальным – и гораздо более странным, чем все, что когда-либо предлагали Бом или Эйнштейн.

* * *

Хью Эверетт III родился 11 ноября 1930 года в семье, корни которой уходили вглубь истории штата Виргиния. Его род с отцовской стороны прослеживался на несколько поколений: прадед его сражался за Конфедерацию на полях Гражданской войны. Отец Эверетта, Хью Эверетт – мл., был военным инженером и занимался материально-техническим обеспечением армии. Мать, Катарина Эверетт, свободомыслящая писательница и пацифистка, не сходилась с отцом не только по взглядам, но и по темпераменту; спустя несколько лет после рождения Хью III они развелись (по тем временам довольно скандально). Хью рос в Вифезде, в штате Мэриленд, с отцом и мачехой. В семье его прозвали Толстяком за коренастое телосложение; Эверетт это прозвище терпеть не мог, но оно приклеилось к нему до конца жизни.

С раннего возраста Хью зачитывался научной фантастикой, делал успехи в учебе и проявлял склонность к парадоксам. В двенадцать лет он написал письмо Эйнштейну, в котором рассказывал, что решил задачу о том, что случится с несдвигаемым объектом, к которому приложена непреодолимая сила. Письмо это утеряно, но ответ Эйнштейна на него сохранился: в нем ученый написал, что, хотя в реальности ни непреодолимых сил, ни несдвигаемых объектов не существует, «похоже, что существует один очень упрямый мальчик, который сумел успешно пробиться сквозь необычные трудности, созданные им самим при решении этой задачи»[295].

Спустя год Эверетт получил стипендию в католической военной академии Сент-Джонс в Вашингтоне. Там он преуспевал почти по всем предметам, даже по обязательному закону божию – несмотря на то что за его демонстративный атеизм он получил новое прозвище «Еретик»[296]. В 1948 году Эверетт с отличием окончил академию и продолжил образование в Католическом университете, также в округе Колумбия. Здесь он изучал химическую технологию и математику, сразу поразив своих профессоров и соучеников выдающимися способностями к математике и логике.

При его логическом даровании было неудивительно, что Эверетт сохранил пристрастие к парадоксам. На лекциях по закону божьему его терпение иногда иссякало, и однажды Эверетт поставил в тупик одного из своих благочестивых профессоров, представив «доказательство» того, что бога не существует. Говорят, что это доказательство, к огорчению Эверетта, вызвало у профессора серьезные религиозные сомнения, которые довели его до настоящего отчаяния. Но Эверетт вовсе не ставил своей целью серьезно убедить кого-нибудь коренным образом изменить свой взгляд на мир – ему просто хотелось позабавиться. А это для него значило тщательно вывести и оценить все логические следствия из какого-либо утверждения и победить в споре. Обрушивать чьи-то духовные устои в его планы вовсе не входило. После этого случая Эверетт дал себе клятву никогда больше не искушать своим доказательством благочестия верующих. Впрочем, сдержать своего слова он, конечно, не смог[297] и, не в состоянии отказать себе в удовольствии восхищаться абсурдом, всю жизнь то и дело дразнил своими логическими построениями религиозных друзей.

В 1953 году Эверетт окончил Католический университет и выиграл конкурс на место в докторантуре по физике в Принстоне. Он опоздал с подачей заявки на шесть недель, но это ему не помешало: в Принстоне были рады заполучить столь одаренного студента. Эверетт представил в университет наивысший возможный балл по только что введенному тесту GRE по физике (он оказался в 99-м процентиле) и абсолютно звездные рекомендации: «Такую рекомендацию случается давать раз в жизни <…> Эверетт значительно опережает всех студентов, которые учились у меня в Принстоне, Ратгерсе или Католическом университете. Эверетт обладает лучшими познаниями в математике, чем большинство студентов магистратуры Католического университета. Вероятно, никто из студентов не может сравниться с ним в природной одаренности»[298]. На Национальный научный фонд (NSF), тоже только что учрежденный, характеристики Эверетта произвели не менее сильное впечатление: фонд оплатил его обучение в Принстоне и назначил ему стипендию.

В Принстоне Эверетт особенно сблизился с тремя однокашниками; позже они поселились вместе. «Эверетт был большим шутником. Ему нравилось подкалывать людей», – вспоминал Хэйл Троттер, один из этой тройки. «Он был страшно азартен и стремился к победе во всем, будь это покер или пинг-понг, – вспоминал другой, Харви Арнольд. – [Эверетт] всегда хотел остаться победителем и, бывало, не отпускал тебя, пока не выиграет»[299]. Чарлз Мизнер, третий из друзей, соглашался с этими отзывами, называя Эверетта «блестящим чудаком, чьим излюбленным спортом была борьба за превосходство»[300]. Впрочем, Мизнер поспешил добавить, что со стороны Эверетта «соперничество всегда было дружеским»[301].

Принстонских друзей Эверетта тоже поразил его блестящий талант. «После того как я узнал его поближе, я был ошеломлен тем, насколько он умен, – вспоминал Арнольд. – Сначала, пока вы не очень с ним близки, это как будто незаметно. А потом вдруг вы понимаете, что этот парень взойдет на самый верх. Он был умен в очень широком смысле. Я хочу сказать, он разбирался во всем, от химической технологии до математики и физики. И при этом большую часть времени проводил, уткнувшись в научно-фантастический роман. Вот это настоящий гений»[302].

В начале своей учебы в Принстоне Эверетт нашел применение своему таланту в области чистой математики, которая могла бы кому-нибудь показаться связанной с его страстью к состязанию: математической теории игр. Интерес, проявленный Эвереттом, имел практический характер: на языке теории игр говорили военные стратеги и исследователи операций в Пентагоне, где честолюбивый Эверетт уже планировал оказаться после того, как получит свою докторскую степень. В то время Принстон был одним из лучших мест в мире для занятий теорией игр. Фон Нейман, один из основателей этой науки, работал буквально по соседству, в Институте перспективных исследований, а другие гиганты теории игр, такие как Оскар Моргенштерн и Альберт Таккер, преподавали здесь же, в университете. Работал еженедельный семинар по теории игр, лекции на котором читали университетские преподаватели и заезжие знаменитости, например Джон Нэш. На первом году обучения Эверетт посещал семинар регулярно и вскоре написал и представил на нем краткую статью, которая стала классической[303].

Когда голова Эверетта не была занята теорией игр, он все больше интересовался квантовой физикой. В то время в Соединенных Штатах в большинстве основных курсов квантовой физики почти не обсуждались ее глубинные головоломки – не был исключением и курс, который Эверетт прослушал в первый год в Принстоне[304]. Но, читая классический труд фон Неймана и более новый учебник Бома, Эверетт видел, что в сердце квантовой теории таится нерешенная проблема. Из книги фон Неймана было ясно, что коллапс волновой функции не связан с уравнением Шрёдингера – чтобы придать смысл теории, приходилось добавлять некий дополнительный фактор. Но откуда он брался? Из книги Бома, в которой он героически пытался защитить копенгагенскую интерпретацию, Эверетту было ясно, что обычная трактовка квантовой физики на этот вопрос ответить не может. Конкретную альтернативу стандартной точке зрения давали статьи Бома о волнах-пилотах. Правда, заниматься такими исследованиями считалось вредным для академической репутации – а Бом к тому же в эту пору был еще и политически неблагонадежным, – но Эверетта не особенно заботило, что подумают о его репутации. Пренебрежительное отношение Эйнштейна к копенгагенской интерпретации послужило еще одним поводом бросить ей вызов – так же как и тот факт, что несколько других экспертов по вопросам оснований квантовой физики, работавших в это время в Принстоне, таких как Вигнер и фон Нейман, не всегда сходились во взглядах с Бором.

Тем временем один из профессоров Эверетта, Джон Уилер, был поглощен собственной вредной для репутации задачей: общей теорией относительности. Несмотря на то что эта теория получила всеобщее признание, в то время она не считалась подходящей областью для исследований[305]. Уилера интересовала та же проблема, которую пытался решить и Эйнштейн: объединить общую теорию относительности с квантовой физикой в рамках единой теории квантовой гравитации. Конечной целью этой новой теории должно было стать полное описание Вселенной, в том числе и ее возникновения. Эта еще более опасная для репутации нарождающаяся область исследований получила название квантовой космологии. Уилер привлек к работе друга Эверетта, Чарли Мизнера. «Всех, кто в это время разговаривал с Уилером, тот пытался натолкнуть на размышления о квантовой гравитации»[306], – вспоминал Мизнер. И если говорить об интересе Эверетта к фундаментальным проблемам квантовой теории – и, конечно, о его очевидном таланте, – то покажется вполне естественным, что именно Уилер стал научным руководителем Эверетта.

Рис. 6.1. Бор в Принстоне в 1954 году. Слева направо: Мизнер, Троттер, Бор, Эверетт и Дэвид Харрисон

Но влияние Уилера и страсть Эверетта к парадоксам были не единственными причинами, по которым он заинтересовался проблемой измерения. Состязательная натура Эверетта тоже сыграла свою роль – и на этот раз его соперником оказался ассистент самого Нильса Бора. Осенью 1954 года – шел второй год учебы Эверетта в Принстоне – Бор на четыре месяца приехал в Принститут. С собой он привез ассистента, Оге Петерсена, датского физика, который был всего на несколько лет старше Эверетта. Петерсен и Эверетт подружились, и благодаря этому Эверетт получил возможность иногда общаться с Бором. Той осенью Арнольд часто видел, как Эверетт, Петерсен и Бор прогуливались по Принстонскому кампусу, оживленно беседуя[307]. Когда Бор читал лекции в кампусе, Эверетт и Мизнер неизменно на них присутствовали. Они слышали, что старый мэтр, один из столпов квантовой механики, отвергает идею «квантовой теории измерений» как изначально ошибочную[308].

Примерно в то же самое время Эверетт сдал свои аттестационные экзамены и начал серьезно раздумывать о докторской диссертации. Ему хотелось, чтобы она была короткой и яркой, но нужна была подходящая тема. И тема пришла к нему – за стаканом вина. «Как-то вечером в кабачке “Факультет” после пары стаканов шерри, – вспоминал через много лет Эверетт в разговоре с Мизнером, – ты и Оге начали нести какую-то смешную чушь о потенциальных следствиях квантовой механики, а я слегка развлекался, подшучивая над вами и рассказывая вам о диких потенциальных следствиях того, что вы говорили. Потом – ага, потом мы выпили еще немного шерри и еще больше увязли в этой болтовне – ты что, не помнишь, Чарли? Ты же был там!»[309] Но Мизнер ничего не помнил. Эверетт объяснил это тем, что тот «перебрал шерри», и продолжал.

Эверетт: Ладно, в общем, все началось с этих разговоров. Я припоминаю, что вроде бы я потом пошел к Уилеру и сказал: «Э, а вот как насчет этого – этим как раз стоит заняться». <…> Этой очевидной неувязкой в [квантовой] теории, или что там я тогда думал об этом. <…>

Мизнер: Странно, что он этим так заинтересовался – в конце концов, это же шло совершенно вразрез с обычными установками его великого учителя, Бора.

Эверетт: Ну, он и сейчас, пожалуй, несколько склонен к этой точке зрения[310].

Если верить Мизнеру, Уилер в то время «проповедовал идею о том, что, решая задачу, надо просто взглянуть на уравнения и выполнить требования основных законов физики, а дальше вы просто следуете вытекающим из них выводам и серьезно к ним прислушиваетесь»[311]. В своей докторской диссертации Эверетт последовал совету Уилера: он взглянул на вопиющие противоречия в основаниях квантовой физики и серьезно к ним прислушался. И то, что он обнаружил, было гораздо более удивительно, чем все его любимые научно-фантастические рассказы.

* * *

С проблемой измерения мы встретились в главе 1. Суть ее состоит в следующем: квантовые волновые функции тихо-мирно распространяются в пространстве, всегда подчиняясь при этом одному простому и детерминированному закону, уравнению Шрёдингера, – кроме тех случаев, когда они ему не подчиняются. Когда происходит измерение, волновые функции коллапсируют. Как и почему происходит коллапс волновой функции, что именно представляет собой «измерение» – это и есть проблема измерения, центральная головоломка квантовой физики.

Эверетт думал, что, как это представлено в книге фон Неймана, измерение есть «“магический” процесс, в ходе которого происходит нечто довольно радикальное (коллапс волновой функции), тогда как все остальное время предполагается, что системы подчиняются совершенно естественным непрерывным законам»[312]. Но измерение не должно фундаментальным образом отличаться от других физических процессов. И что еще хуже, считал Эверетт, подход фон Неймана не дает возможности понять, в чем же заключается измерение. Если измерение происходит, только когда кто-то смотрит на систему, то кто именно? Эверетт доказывал, что такая логическая цепочка неизбежно ведет к солипсизму – представлению, что во Вселенной существую только я, а все остальные представляют собой нечто иллюзорное или вторичное, находящееся в состоянии неопределимой реальности до тех пор, пока Я, Верховный Повелитель коллапса волновой функции, не соблаговолю их наблюдать. Эверетт в своей диссертации признавал, что эта точка зрения внутренне непротиворечива, но что «должно становиться как-то не по себе, когда, например, пишешь книги по квантовой механике и описываешь в них коллапс волновой функции для сведения других людей, которых, может быть, вовсе и не существует»[313].

Возможный выход из этого тупика подсказывала идея Бора о том, что квантовый мир малого подчиняется совсем не таким законам, какие управляют миром большого, – но этот выход оплачивался потерей единой и свободной от противоречий картины мира, а такую цену Эверетт вполне обоснованно платить не хотел. «Копенгагенская интерпретация безнадежно неполна по причине своей априорной зависимости от классической физики (при которой принципиально исключается какая-либо возможность вывести классическую физику из квантовой теории или какое-либо адекватное исследование процесса измерения), – жаловался Эверетт, – а также из-за ее философского уродства: “реальность” признается только за макроскопическим миром, но микрокосму в ней отказано»[314]. В письме к Петерсену Эверетт изложил свои намерения довольно ясно. «Настало время <…> трактовать квантовую физику как самостоятельную фундаментальную теорию вне всякой зависимости от классической физики и вывести классическую физику из нее»[315]. Как до него Бом, Эверетт хотел серьезно рассматривать квантовую физику как теорию всего мира.

Отбросив идеи фон Неймана и Бора, Эверетт предложил собственное решение проблемы измерения. Вместо того чтобы объяснять коллапс волновой функции, Эверетт постулировал, что волновые функции вообще не коллапсируют. Само по себе это было не ново; то же самое говорил и Бом. Но Бом также вводил в теорию частицы, имеющие определенные положения, и описывал с их помощью результаты измерений. Эверетт никаких частиц не добавлял – они ему были не к чему. Взамен он настаивал на том, что все сущее сводилось к единой универсальной волновой функции: грандиозному математическому объекту, описывающему квантовые состояния всех физических объектов во всей Вселенной. Согласно Эверетту, эта универсальная волновая функция всегда подчинялась уравнению Шрёдингера, никогда не коллапсируя, но зато расщепляясь. Каждый эксперимент, каждое квантовое событие порождали новые ветви этой универсальной волновой функции, создавая множество вселенных, в которых это событие имело все возможные исходы. Шокирующая идея Эверетта получила известность как «многомировая» интерпретация квантовой физики.

* * *

На первый взгляд идея многомировой интерпретации выглядит абсурдно. Возможно, она выглядит так и на второй. Мы живем в одном мире, а не во множестве их. Если каждое квантовое событие – а в полностью квантовом мире таковым является любое событие любого рода – ведет к расщеплению Вселенной, то где же все эти новые вселенные? Как это возможно, чтобы их было так невероятно много и при этом не было бы ни малейшего признака их существования? И, уж если на то пошло, как может единичное событие – например, прохождение фотона через двойную щель – заставить всю Вселенную расщепиться? Чтобы понять, как многомировая интерпретация объясняет все эти проблемы, давайте еще раз рассмотрим простой квантовый эксперимент, даже более простой, чем опыт с двойной щелью: старый пример с котом Шрёдингера.

Во введении мы уже говорили об этом предложенном Шрёдингером мысленном эксперименте, который более восьмидесяти лет является сюжетом ночных кошмаров членов Американского общества «Против жестокого обращения с животными». Поместим кота в ящик вместе со склянкой яда и кусочком слабо радиоактивного металла; установим там счетчик Гейгера (детектор излучения) и подвесим молоток так, чтобы в случае, если детектор зарегистрирует какое-либо излучение, молоток разбил склянку. Теперь оставим кота в ящике достаточно надолго: так, чтобы вероятность испускания металлом излучения составила 50 процентов. И что? Жив наш котик или нет? Согласно копенгагенской интерпретации, этот вопрос не имеет смысла – вы не можете спрашивать о том, что произошло в ящике, пока его не откроете, так как внутренность ящика ненаблюдаема. Согласно Бому и его интерпретации на основе волны-пилота вопрос о состоянии кота вполне осмысленный, просто мы не знаем, как на него ответить. Кот или жив, или нет, а узнаем мы об этом, как только откроем ящик.

Но что говорит математик? Что говорит о коте Шрёдингера уравнение Шрёдингера? Что ж, волновая функция кусочка металла наполовину имеет состояние «излучение испущено», а наполовину «излучение не испущено». Она взаимодействует с волновой функцией приемника, что означает, что они запутаны. Так что теперь вместо двух волновых функций, одной для куска металла и одной для детектора, у нас есть одна функция для них обоих, и она теперь в странном состоянии: наполовину «излучение испущено, и детектор его зарегистрировал», а наполовину «излучение не испущено, и детектор ничего не зарегистрировал». И так как наша хитроумная квантовая машина продолжает работать в том же веселом духе, запутываются и все остальные волновые функции: волновая функция молотка запутывается с волновой функцией детектора и металла; волновая функция склянки запутывается с волновой функцией молотка, детектора и металла, и так далее, пока дело не доходит и до самого кота. Кончается это тем, что вся система – кот, ящик, металл, яд и все это вместе – получает одну общую волновую функцию, и эта функция снова имеет две равные части: одну, в которой излучение испущено и кот умер, и другую, в которой никакого излучения не было и кот жив.

Что ж, хорошо. А что происходит, когда мы открываем ящик? Обычный ответ – тот, который дает копенгагенская интерпретация и знаменитый учебник фон Неймана, – заключатся в том, что измерение вызывает коллапс волновой функции. Но что, если это не так? Что, если нам и себя описать тем же способом, каким мы описываем все содержимое ящика? А тогда получается, что как только мы заглядываем в ящик, мы вступаем с ним во взаимодействие – и это означает, что мы запутываемся с объединенной волновой функцией ящика и всего, что в нем находится. Так что теперь у нас еще более обширная волновая функция, но все из тех же двух частей: в одной из них вы оплакиваете погибшего котика у разбитой склянки с ядом, а в другой кот невредим и склянка целехонька. Какая из этих частей волновой функции реальна? Помня о совете Уилера принимать всерьез все, что вытекает из физических законов, Эверетт отвечает: реальны они обе. Не существует способа приписать одному из исходов большую реальность, чем другому; уравнение Шрёдингера рассматривает их как равноценные. Поэтому, говорит Эверетт, когда мы проводим этот эксперимент, имеют место оба его исхода – и мы расщепляемся надвое вслед за ними.

Конечно, вряд ли кто-нибудь согласится признать, что расщепляется надвое, когда проводит эксперименты, да и в любой другой ситуации. Но у Эверетта и на этот случай был готов ответ. Если спросить того «меня», который видит живого кота, сколько я вижу котов, я, конечно, отвечу, что одного. А если задать тот же вопрос «мне» на другой ветви расщепившейся волновой функции, тому «мне», который горюет о погибшем котике, то ответ будет таким же, но только произнесен он будет совсем другим тоном. Это происходит, объясняет нам Эверетт, каждый раз, когда вопрос задается «мне», сколько бы ответвлений ни имела бы волновая функция – на каждой из ее ветвей окажется только один «я». Если мы станем повторять эксперимент, все пойдет тем же чередом – у волновой функции будет все больше разветвлений, но на каждом из них – только одна-единственная наша копия. А уравнение Шрёдингера требует, чтобы каждая ветвь была независима от остальных и чтобы никакого взаимодействия между ветвями не происходило.

Рис. 6.2. Разветвление в многомировой интерпретации

Как ни странно, это еще не все. По мере того как мы взаимодействуем с окружающими нас предметами, они тоже запутываются с нами, другие предметы – с ними и так далее. Наконец, образуется единая, сложная и беспорядочная волновая функция всей Вселенной – универсальная волновая функция. Чем больше происходит событий, тем на все большее число невзаимодействующих частей эта универсальная волновая функция расщепляется, и каждая из этих частей бодро марширует вперед под детерминистическую барабанную дробь уравнения Шрёдингера.

Так мы получаем множество миров эвереттовской интерпретации. На первый взгляд картина выходит совершенно абсурдная – в конце концов, наш опыт свидетельствует, что мы всегда находимся в одном и том же мире. Но если вы попробуете на этом основании возразить Эверетту, он ответит вам, что вы совсем не одиноки: для каждого человека на каждой ветке универсальной волновой функции его мир единственно существующий, точно так же как в ящике есть только один кот и только один «я», смотрящий на него. Это и есть главный «пунктик» многомировой интерпретации: для нас проявляется только один-единственный мир, несмотря на то что истинно существующих миров множество.

* * *

Эверетт вчерне закончил свою диссертацию в январе 1956 года; первым, кто ее прочел, был Уилер. Уилер относился к выдающимся способностям Эверетта с огромным уважением. В своем письме в Национальный научный фонд он писал, что Эверетт «вскрыл природу кажущегося парадокса в интерпретации проблемы измерения в квантовой теории <…> В обсуждениях этого парадокса со студентами магистратуры и специалистами Принстона, а также с Нильсом Бором Эверетт прояснил новые грани проблемы, которые сами по себе при дальнейшей их разработке являются многообещающей темой для выдающейся диссертации <…> Эверетт является поистине оригинальной личностью»[316].

Однако Уилер попал в ловушку, образованную противоречием различных противоборствующих интересов. Он искренне хотел содействовать успеху блестящей работы своего студента и, кроме того, стремился нащупать пути дальнейшего развития квантовой космологии. Поэтому он поддержал идею Эверетта об «универсальной волновой функции». Но одновременно Уилер хотел сохранить верность Бору, своему наставнику и другу, которому он буквально поклонялся. «Ничто в большей степени не убеждает меня в том, что существовали некогда друзья человечества, наделенные мудростью Конфуция и Будды, Иисуса и Перикла, Эразма и Линкольна, чем прогулки и разговоры с Нильсом Бором под буками Клампенборгского леса», – писал он[317].

Уилер был искусным политиком; он хорошо владел искусством совместной работы и знал, как сделать так, чтобы другие относились к его идеям с интересом и радостью – именно этих качеств недоставало Эйнштейну. Он понимал, что поддержать Эверетта ценой испорченных отношений с Бором – плохой политический шаг. «Джон Уилер ладил со всеми, – вспоминал Мизнер. – Но в случае с Хью Уилеру было очень трудно применять свою обычную практику: он не мог просто поощрять Хью развивать собственные идеи и всеми средствами продвигать работу своего студента, так как эти идеи шли вразрез с позицией Бора»[318]. Но и отказываться от теории эвереттовской универсальной волновой функции Уилер не хотел – он видел в ней возможный путь развития квантовой гравитации. Такую многообещающую возможность нельзя было упустить. У Уилера оставался единственный выход: попытаться устроить так, чтобы Бор сам благословил работу Эверетта прежде, чем это сделает он, Уилер.

Рис. 6.3. Уилер (справа) с Эйнштейном (слева) и лауреатом Нобелевской премии Хидэки Юкава. Принстон, 1954 год

Удобный случай представился в середине 1956 года. Уилер получил на несколько месяцев приглашение в Лейденский университет в Нидерландах. Как только Уилер там обосновался, он отправил диссертацию Эверетта, удачно озаглавленную «Волновая механика без вероятностей», Бору, снабдив ее своим введением. Путаясь в словах от отчаянных стараний не допустить, чтобы Бор воспринял идеи Эверетта как противоречащие его собственной позиции, Уилер писал: «само название этой работы <…> как и очень многие из ее идей, нуждается в дальнейшем анализе и переформулировании»[319]. Вскоре после этого Уилер сам приехал в Копенгаген и несколько дней обсуждал диссертацию Эверетта с Бором, Петерсеном и другими.

После визита в Копенгаген Уилер написал Эверетту письмо, которое поначалу звучит обнадеживающе. Уилер дает ученику объективные советы по поводу того, что еще необходимо сделать. «Бор, Петерсен и я трижды длительно и придирчиво обсуждали вашу диссертацию <…> Краткие итоги таковы: ваш прекрасный волновой формализм, конечно, остался непоколебленным, но все мы чувствуем, что настоящий вопрос в том, какие слова должны быть подобраны для описания этого формализма»[320]. Уилер упрашивает своего студента лично прибыть в Копенгаген для разрешения этих проблем, и даже предлагает оплатить половину расходов Эверетта на поездку на пароходе. «[Бор] с большим удовольствием принял бы вас здесь на несколько недель, чтобы хорошенько разобраться в этих вопросах <…> До тех пор, пока и если только вы не подискутируете как следует один на один с Бором по вопросу интерпретации, я не смогу быть спокоен относительно выводов, которые можно сделать из столь далеко заходящей работы, как ваша. Пожалуйста, приезжайте (и, если сможете, каждый день заходите ко мне!). В общем-то, можно сказать, что ваша диссертация уже полностью готова; остается, правда, самое трудное – ее начать <…> Когда вы сможете приехать?»[321] Вероятно, несколько последних предложений письма не слишком понравились Эверетту – он-то предполагал (как Уилер ему прежде и говорил), что его диссертация безусловно будет принята и что ученая степень ему гарантирована к концу лета. Поэтому он уже подыскал себе работу в области исследования операций – в Пентагоне, как и планировал, и через три недели должен был к ней приступить.

Однако Бор, Петерсен и другие в Копенгагене проявляли в отношении идей Эверетта гораздо меньше энтузиазма, чем казалось Уилеру. «Некоторым концепциям Эверетта, по-видимому, недостает значимого содержания, как, например, его универсальной волновой функции», – писал Александр Стерн, американский физик, стажировавшийся в это время у Бора. Стерну поручили сделать в присутствии Бора и остальных сотрудников института доклад на семинаре, посвященном работе Эверетта. Письмо Стерна дает представление об отношении «копенгагенцев» к идеям Эверетта. «Основным недостатком подхода, развитого в его демонстрирующей обширную эрудицию, но неубедительной и неясной статье, является недостаток адекватного понимания сути измерительного процесса. Эверетт, по-видимому, не осознает ФУНДАМЕНТАЛЬНО необратимого характера и ЗАКОНЧЕННОСТИ макроскопического измерения <…> [Это] взаимодействие НЕ ПОДДАЕТСЯ ЧЕТКОМУ ОПРЕДЕЛЕНИЮ»[322]. Без дальних объяснений Стерн после этого заявляет, что никакого противоречия между уравнением Шрёдингера и коллапсом волновой функции не существует, что проблема измерения вообще не является проблемой и что утверждение Эверетта о существовании такого противоречия «несостоятельно». И наконец, он отвергает идеи Эверетта, как-либо «относящиеся к теологии» либо «метафизические», на том основании, что постулируемые Эвереттом множественные миры никогда и никаким образом не могут наблюдаться.

Несмотря на критическое отношение «копенгагенцев» к работе Эверетта, Уилер по-прежнему принимал концепцию универсальной волновой функции и считал ее многообещающей для квантовой космологии. Чтобы все же получить одобрение Бора, надо было, по его мнению, изменить словесные формулировки, относящиеся к универсальной волновой функции, таким образом, чтобы они лучше соответствовали копенгагенской интерпретации. Уилер надеялся придумать способ сохранить то, что ему нравилось в идеях Эверетта, по-прежнему используя при этом «копенгагенский» язык. Его следующее письмо Эверетту ясно это показывает – и одновременно демонстрирует, насколько в свете реакции «копенгагенцев» изменилась его оценка этой работы:

«Обсуждение всех вопросов с Бором наверняка займет много времени; будет много ожесточенных споров с таким практически мыслящим и упрямым человеком, как Бор; придется много писать и переписывать. Сочетание двух свойств: умения смиренно принимать исправления и способности при этом настаивать на сохранении определенных фундаментальных принципов – вещь редкая, но жизненно необходимая; и у вас она есть. Но вы должны приехать и сразиться с этим величайшим бойцом, иначе ничего не получится. Откровенно говоря, мне кажется, что понадобится еще около 2 месяцев почти ежедневных дискуссий, чтобы сгладить все шероховатости в формулировках – но не в формализме [то есть сохранив идею универсальной волновой функции]»[323].

Уилер написал и ответное письмо Стерну, рьяно защищая идею универсальной волновой функции, но при этом всячески демонстрируя поддержку позиции Бора и копенгагенской интерпретации. Что еще удивительнее, он в этом письме заявил, что копенгагенскую интерпретацию поддерживает и Эверетт:

«Я не стал бы обременять моих друзей нелегким грузом анализа идей Эверетта, <…> если бы не чувствовал, что концепция «универсальной волновой функции» проливает свет на содержание квантовой теории и дает удовлетворительный способ ее представления. Говоря это, я ни в коей мере не ставлю под сомнение самосогласованность и правильность существующего формализма квантовой механики. Напротив, я всегда решительно поддерживал и рассчитываю поддерживать впредь нынешний неопровержимый подход к проблеме измерения. Чтобы быть точным, скажу, что Эверетт, возможно, в прошлом имел в этом отношении какие-то сомнения, но у меня их нет. Более того, думаю, я могу утверждать, что этот весьма тонко, глубоко и независимо мыслящий молодой человек постепенно пришел к принятию современного подхода к проблеме измерения как верного и самосогласованного, несмотря на то что в представленной диссертации остались некоторые следы прежних сомнений. Итак, чтобы избежать любых возможных недоразумений, позвольте мне сказать, что диссертация Эверетта имеет целью не оспорить нынешний подход к проблеме измерения, но принять и обобщить его»[324].

Несколько дней спустя Уилер отослал Эверетту еще одно письмо, приложив к нему письмо Стерна и свой ответ на него. Это новое письмо показывает, что теперь его автора еще больше беспокоят трудности согласования идей Эверетта с воззрениями Бора. «Ваша диссертация должна пройти строжайшую проверку всех формулировок, и ей предстоит еще обсуждение – правда, математики оно коснется очень мало, – прежде чем я смогу с полным основанием взять на себя ответственность рекомендовать ее к принятию. Больше того, думаю, было бы выше человеческих сил прийти к соглашению по всем вопросам, если мы с вами не проведем вместе несколько недель, или если вы несколько недель не пробудете с Бором и его коллегами, или и то и другое». Далее Уилер пишет Эверетту, что он «уверен: размах обсуждений, который ждет [его работу], будет сравним с тем, что достался на долю публикаций Бома» – комплимент по меньшей мере сомнительный. Неудивительно, что далее в том же письме Уилер чувствует необходимость уверить Эверетта в том, что он, Уилер, – его «“активный сторонник”, живо заинтересованный в укреплении его репутации и уверенный в его многообещающем будущем».

Но, как ни настаивал Уилер на немедленном приезде Эверетта в Копенгаген, тот так и не приехал. Отчасти причиной этого было полученное им от Петерсена сообщение, что Бора не будет в городе до самой осени и что Бор и его круг хотят, чтобы Эверетт до своего приезда еще поработал над диссертацией. «Я думаю, нам всем очень помогло бы, если бы в качестве подкрепления своего критицизма ты дал бы подробное толкование подхода к описанию квантовой механики, основанного на дополнительности [то есть копенгагенской интерпретации], и сформулировал бы со всей возможной ясностью, в каких пунктах, по-твоему, этот подход неполон»[325]. «Пока я этим занимаюсь, ты мог бы сделать то же самое в отношении моей работы, – отпарировал Эверетт. – Я уверен, что многие недоразумения тут же испарятся, если ее прочтут более внимательно (скажем, два или три раза)»[326]. Тем не менее Эверетт все еще хотел поехать в Копенгаген. Но появилось другое препятствие: временные рамки, предложенные Петерсеном. Меньше чем через месяц Эверетт должен был прибыть в Пентагон, к месту своей новой работы в Группе оценки систем вооружений (WSEG), где ему предстояло разрабатывать командно-штабные игры и исследовать возможности для применения ядерных ударов. Тратить время на подробные ответы Розенфельду и Бору, внося дополнения в диссертацию, которых требовал от него Уилер, и все это одновременно с ежедневной работой на новом месте – это было просто физически невозможно. Об осенней (как предлагал Петерсен)[327] двухмесячной поездке в Копенгаген для работы, не имеющей никакого отношения к WSEG, тоже нечего было и думать.

Уилер не смог добиться приезда Эверетта в Копенгаген, зато сумел заставить его усердно заняться переделкой диссертации. Когда Уилер в конце лета 1956 года вернулся в Соединенные Штаты, они вдвоем занялись этим вплотную. «Хью и я сидели в моем кабинете до поздней ночи, перерабатывая диссертацию, – вспоминал позже Уилер[328]. – Я сидел с Эвереттом и говорил ему, что писать», – рассказывал он своему другу и коллеге Брайсу Девитту[329]. Наконец еще через шесть месяцев Эверетт представил радикально пересмотренную и сокращенную диссертацию под новым названием: «Формулировка квантовой механики на основе относительного состояния». В новой версии диссертации делался акцент на математическом формализме универсальной волновой функции, а «расщепление» на множество миров отходило в тень. При полном одобрении Уилера Эверетт наконец получил свою докторскую степень по физике в Принстоне в апреле 1957 года[330]. Его сокращенная диссертация получила оценку «очень хорошо» и была опубликована в Reviews of Modern Physics[331]. Она появилась с краткой сопроводительной статьей Уилера, в которой он подчеркивал, что интерпретация Эверетта «не стремится подменить собой копенгагенскую интерпретацию, но дает ей новое и независимое основание»[332].

Тем не менее копенгагенские физики так и не согласились с Уилером. Эверетт внес «некоторую путаницу в отношении проблемы наблюдения»[333], – написал Бор Уилеру после того, как тот послал ему экземпляр сокращенной диссертации Эверетта. Как и следовало ожидать, Бор добавил, что у него нет времени на то, чтобы изложить все его мысли по поводу этого предмета, и пообещал, что Петерсен напишет Эверетту более подробный ответ. Комментарии Петерсена были, конечно, более пространными и более уничтожающими. «Я думаю, у нас [в Копенгагене] большинство иначе смотрит на эти проблемы и не чувствует тех трудностей квантовой механики, которые ваша работа имеет целью устранить, – писал Петерсен. – Сама идея наблюдения принадлежит области классических понятий». Другими словами, Петерсен и все остальные в Копенгагене считали, что процесс наблюдения должен быть классическим – описать его в рамках квантовой физики в принципе невозможно. Вместо того чтобы этим заниматься, мир следует разделить на две части: классическую и квантовую. Квантовая физика никогда не может использоваться для описания классических событий, таких как наблюдения и измерения. Но несколькими предложениями дальше в том же письме Петерсен себе противоречит – он говорит, что в измерительных устройствах имеются квантовые эффекты, но что их можно спокойно игнорировать, так как эти устройства макроскопические. Удивительно, что Петерсен использует этот аргумент как раз для того, чтобы обосновать существование раздела между классическими и квантовыми понятиями, того же раздела, который, как предполагается, делает невозможным описание измерительного устройства на квантовом языке! «Не существует произвольно установленного различия между использованием классических понятий и квантового формализма, так как большая масса измерительного устройства по сравнению с массами индивидуальных атомных объектов позволяет пренебречь квантовыми эффектами», – писал Петерсен[334]. Эверетт тут же заметил это противоречие и в своем ответе указал на него Петерсену. «Вы говорите, что массивность макросистем позволяет пренебречь квантовыми эффектами <…>, но при этом не даете никаких обоснований этой безоговорочно принимаемой догме, – писал он. – Она совершенно определенно не следует из уравнения Шрёдингера, и в результате ее применения к любым измерительным процессам мы получаем весьма странную суперпозицию состояний (типа ситуации с котом Шрёдингера) даже для макросистем!»[335] Эверетт также отметил, что применение принципа неопределенности Гейзенберга к измерительным устройствам, что сделал в своем ответе Петерсен – и что сделал за тридцать лет до этого Бор, отвечая Эйнштейну, – нарушает прямой запрет, налагаемый копенгагенской интерпретацией на использование квантовой физики для описания измерений. Однако Петерсен и остальные приверженцы «копенгагенского лагеря» пропустили это замечание мимо ушей и продолжали игнорировать критику копенгагенской интерпретации, содержавшуюся в диссертации Эверетта. А вне круга Бора в Копенгагене работу Эверетта прочли немногие. Уилер послал его диссертацию лишь горстке других физиков, в том числе Шрёдингеру, Оппенгеймеру и Вигнеру. Многие даже не потрудились ответить, а некоторые из ответивших сделали это просто чтобы выразить несогласие с ней, как это сделали Бор, Петерсен и Стерн. Уилер неуверенно пытался продвигать идею универсальной волновой функции в 1957 году на конференции по квантовой гравитации в Чапел-Хилл, но и здесь эта концепция встретила тот же прохладный прием. Присутствовавший на этой конференции Ричард Фейнман (который когда-то и сам был студентом Уилера), просто посчитал идеи Эверетта слишком экстравагантными, чтобы их можно было принять. «Понятие “универсальной волновой функции” встречает серьезные трудности, – сказал он в своем выступлении на конференции, – так как оно требует поверить в реальность равносильного существования бесконечного числа возможных миров»[336]. Даже для такого бунтаря, как Фейнман, это было слишком.

Не все отметали новую квантовую интерпретацию с порога. Норберт Винер, отец кибернетики и один из создателей теории игр, был в числе первых, кому Уилер послал диссертацию Эверетта; он сказал Уилеру и Эверетту, что «симпатизирует их точке зрения»[337]. Еще Уилер послал работу Эверетта в Йель Генри Маргенау, именитому противнику копенгагенской ортодоксии, который уже много лет указывал на несообразности в проблеме измерения, называл коллапс волновой функции «математической фикцией» и «гротескным условием» и настаивал на том, что «измерению не должен <…> придаваться смысл священного миропомазания или искупительной жертвы»[338]. Неудивительно, что Маргенау одобрил подход Эверетта, хотя и отметил, что ему не хватило времени на внимательное прочтение диссертации[339].

Брайс Девитт, коллега Уилера, тоже занимавшийся квантовой космологией, один из организаторов конференции по квантовой гравитации в Чапел-Хилл, сначала отнесся к диссертации Эверетта скептически. «Боюсь, что многие, в том числе и я, окажутся неспособны переварить ваши выводы именно в наиболее важном пункте аргументации Эверетта <…> Чего я никак не готов принять, так это идеи разветвления миров, требуемого теорией Эверетта, – писал Девитт Уилеру. – Об этом я, как и вы, могу уверенно судить на основе самонаблюдения. Я точно не разветвляюсь»[340]. Уилер передал эту реплику Девитта Эверетту; в своем ответе тот со своей обычной иронией провел аналогию между возражением Девитта и первыми возражениями против системы мира Коперника, в центре которой находилось Солнце, а не Земля:

«Одним из главных возражений против теории Коперника было то, что “подвижность Земли как реальный физический факт несовместима со здравым смыслом в интерпретации природы”. Другими словами, любому дураку ясно видно, что Земля не движется – никакого движения мы не ощущаем. Однако теорию, в которой предполагается движение Земли, переварить оказывается вовсе не так трудно, так как, если эта теория достаточно полна, мы можем заключить из нее, что обитатели Земли и не должны чувствовать ее движения (как это следует из ньютоновской физики). Таким образом, чтобы судить о том, противоречит ли теория нашему опыту, необходимо понять, каким будет этот опыт согласно предсказаниям самой этой теории.

Вы написали: “Я точно не разветвляюсь”. Не могу не спросить: а движение Земли вы чувствуете?»[341]

Пораженный Девитт расхохотался: «Срезал!»[342] Он был полностью убежден. Но он пока оставался единственным последователем теории Эверетта.

* * *

Получив наконец свою докторскую степень, Эверетт продолжал работать в WSEG и других частях занятого холодной войной военно-промышленного комплекса всю оставшуюся жизнь. В академическую среду он больше не возвращался. Напрашивается предположение, что он отвернулся от чистой науки после того, как с ним дурно обошлись Уилер и круг Бора. Но на деле Эверетту никогда и не хотелось быть академическим ученым. Оставить академическую сферу он планировал еще задолго до злополучного визита Уилера в Копенгаген – не забудем, что к тому моменту, как Уилер написал ему после своего посещения института Бора, он уже принял предложение о работе в WSEG. В письмах из Лейдена Уилер настойчиво уговаривал Эверетта делать академическую карьеру – но к этим уговорам, как и к просьбам Уилера поскорее приехать в Копенгаген, Эверетт остался глух. Да, его очень интересовала фундаментальная физика, но это был далеко не единственный его интерес в жизни, как профессиональной, так и личной. Эверетту нравилась отличная еда, коктейли, сигареты, путешествия и женщины. Ему нравился стиль жизни, отраженный в сериале «Безумцы». Всего этого академическая карьера дать ему не могла, а вот карьера технократа эпохи холодной войны давала. К 1958 году Эверетт был уже на полпути к цели – жил в фешенебельном пригороде Вирджиния в Колумбии, зарабатывал достаточно денег для того, чтобы ни в чем себе не отказывать, постоянно заводил интрижки на стороне, пока жена и годовалая дочь ждали его дома. По работе он регулярно поддерживал тесный контакт с высшими эшелонами нарождающегося военно-промышленного комплекса. И по работе же он по-прежнему был погружен в реальность, состоящую из множественных миров – но теперь это были миры аналитика эпохи холодной войны, исследователя операций, разыгрывающего гипотетические сценарии ядерного апокалипсиса. Как и всегда, в своих исследованиях Эверетт демонстрировал профессионализм высочайшего уровня – он был соавтором одного из первых важнейших исследований катастрофических последствий радиоактивного заражения в результате ядерного удара, исследования, об итогах которого проинформировали самого президента Эйзенхауэра. По всем этим признакам можно было заключить, что универсальная волновая функция осталась для Хью Эверетта далеко в прошлом.

Но до Копенгагена Эверетт все же в конце концов добрался. Это случилось в марте 1959 года, спустя три года после того, как Уилер впервые попросил его срочно отправиться туда. Вместе с женой Нэнси и маленькой дочуркой Лиз Эверетт проводил в Европе отпуск и начал свое путешествие с Дании. В Копенгагене они остановились на две недели. Пару дней из них Эверетт провел в разговорах с Бором, Петерсеном, Розенфельдом и еще несколькими физиками из круга Бора. Он встретился и с Мизнером, который в это время работал в Институте Бора (и который как раз незадолго до приезда старого друга отпраздновал помолвку с молодой датчанкой Сюзанной Кемп, дочерью одного из друзей Бора). По воспоминаниям Мизнера, между Бором и Эвереттом не происходило никаких особенно бурных дискуссий и стычек. Разговаривать с Бором вообще было исключительно трудным делом: говорил он очень тихо, постоянно перебивая себя и других, то и дело отвлекаясь, чтобы зажечь потухшую трубку. «Пока вы успевали хоть что-то сказать, он раз семнадцать вас прерывал, чтобы заново зажечь свою трубку, – вспоминал потом Мизнер[343]. – Расслышать его было непросто, приходилось близко наклоняться к нему»[344]. А публичных выступлений Эверетт не любил, так что возможностей для бурного обмена мнениями не представилось. Да если бы Эверетту и дали сделать доклад, это вряд ли бы что-нибудь изменило. Как отмечал Мизнер, «в сущности, взгляды Бора на квантовую механику полностью приняли тысячи физиков по всему миру, ежедневно подтверждавших это собственной работой. Ожидать, что он кардинально изменит свою точку зрения после часового доклада какого-то юнца, было бы нереально»[345]. Эверетт с этим соглашался, хотя и в более красочной форме. Сохранилась единственная магнитофонная запись его голоса – запись неформальной беседы с Мизнером, сделанная в 1977 году. Когда Мизнер расспрашивает друга о его приезде в Копенгаген, слова то и дело тонут в их общем хохоте. Можно разобрать только несколько слов Эверетта: «Это была просто жуть какая-то… все было заранее обречено»[346].

«Ближний круг» Бора просто отмахнулся от Эверетта как от запутавшегося молодого человека. «Что касается Эверетта, то ни у меня, ни даже у Нильса Бора не хватало терпения, чтобы с ним разговаривать, когда он приехал к нам в Копенгаген, <…> чтобы впарить свои безнадежно ошибочные идеи; а Уилер, что было весьма неразумно с его стороны, поощрял его к их разработке, – писал через много лет Розенфельд. – Он был неописуемо глуп и не понимал в квантовой механике даже простейших вещей»[347]. И то сказать, Бор сам поднял свой принцип дополнительности на такую недосягаемую высоту, что странно, что со своего заоблачного трона он вообще заметил какого-то Эверетта. «Во время одной из незабываемых прогулок, на которых Бор делился самыми сокровенными мыслями, – писал спустя несколько лет Розенфельд, – он признался, что глубоко и страстно убежден: придет день, когда дополнительность будут преподавать в школах и знание этого принципа станет частью всеобщего образования; идея дополнительности, добавлял он, будет руководить людьми лучше любых религий»[348]. С другой стороны, Бор по-прежнему не желал принять идею полностью квантового мира. «Данная Бором блестящая демонстрация ограничений, налагаемых на классические понятия, не сопровождается даже малейшим намеком на существование новых понятий, которые могли бы заменить классические», – сетовал Владимир Фок, один из последователей Бора[349]. В конечном счете расхождения между целями и исходными предположениями, принимаемыми Эвереттом, с одной стороны, и копенгагенским лагерем – с другой, и явились залогом взаимного непонимания и раздражения.

После длинного дня, полного бесплодных дискуссий с Бором, Эверетт в серо-стальных датских сумерках возвращался в свой копенгагенский отель. Квантовая физика осталась позади. В баре отеля, беспрестанно куря и опустошая рюмку за рюмкой – «вид у него был неряшливый, и сигареты он курил непрерывно», – вспоминала Сюзанна Мизнер[350], – Эверетт вдруг наткнулся в алкогольном тумане на еще одну блестящую идею, совершенно не связанную с универсальной волновой функцией. Быстро покрывая значками фирменные листы с логотипом отеля, Эверетт, прихлебывая пиво, набросал новый оптимизационный алгоритм распределения военных ресурсов, простой в употреблении и быстрый в реализации на медленно действующих и занимающих большие площади компьютерах того времени. Возвратившись из отпуска, Эверетт немедленно запатентовал свой алгоритм, который в конечном счете принес ему и его сотрудникам по военно-промышленному комплексу долгожданное богатство. Он добился всего, чего хотел: теперь у него никогда не заканчивались запасы первоклассной выпивки, еды и сигарет. Жизнь удалась.

Тем временем квантовые идеи Эверетта понемногу увядали. Предсказание Уилера не сбылось: теория Эверетта обсуждалась даже меньше, чем перед этим теория Бома. Одним из немногих случаев, когда о ней вспомнили, была конференция по основаниям квантовой физики 1962 года в университете Ксавье, организованная Борисом Подольским – «П» из аббревиатуры ЭПР. Со времен дебатов Эйнштейна с Бором, то есть за тридцать лет, это была одна из первых конференций, на которых вновь обсуждались философские основания квантовой теории. Но в отличие от легендарных конференций прошлого эта выглядела подчеркнуто скромной – как отметил в своей вступительной речи Подольский, «мы хотим, чтобы участники чувствовали себя свободно и выражали свои мнения спонтанно, без опасения, что их слова попадут на первые полосы газет»[351]. Ведь основания квантовой физики были давно уже заложены, и их придирчивое рассмотрение было в лучшем случае напрасной тратой времени – ну а в худшем вас могли просто объявить коммунистами. Тем не менее среди участников было неожиданно много громких имен: как оказалось, ситуация с основами квантовых принципов кого-то еще беспокоит. Кроме Подольского приехал Розен («Р» из ЭПР), Поль Дирак, создатель релятивистской квантовой теории поля, а также Вигнер. Бом еще был в ссылке и присутствовать не мог, зато приехал его бывший студент Ааронов. Участники конференции провели три дня за обсуждениями проблемы измерения, противоречий копенгагенской интерпретации и ее альтернатив, таких как бомовская теория волны-пилота. В первый же день возник момент, когда при обсуждении неясности с коллапсом волновой функции кто-то рассказал, что у Эверетта есть теория, в которой никакого коллапса не происходит. Организаторы решили отправить Эверетту запоздалое приглашение, и он прилетел в Ксавье из округа Колумбия на второй день конференции. Сборище светил принялось его допрашивать. «Похоже, здесь у нас возникает несчетное бесконечное множество миров», – заметил Подольский. «Да», – ответил Эверетт. Здесь о своем неверии в такое количество миров заявил один из участников, Уэнделл Фёрри. «Я еще могу представить себе разных Фёрри, у каждого из которых какая-то отдельная жизнь, но я никак не могу представить несчетную бесконечность этих Фёрри»[352]. Конференция продолжилась, и идеи Эверетта с неподдельным интересом обсуждались до самого ее конца. Но кроме ее участников, которых было немного, об этих обсуждениях никто так и не узнал: труды конференции стали доступны научному сообществу только спустя сорок лет, а к этому времени никого из тех, кто на ней присутствовал, за исключением Ааронова и еще одного-двух человек, уже не было в живых.

На все следующее десятилетие теория Эверетта канула в глубокую безвестность, почти не вызвав никакой реакции, что было совсем не похоже на бурную критику, обрушившуюся раньше на статьи Бома. Много лет никто просто-напросто не вспоминал об универсальной волновой функции, да и сам Эверетт старался оставаться в тени, как истинный рыцарь холодной войны. От случая к случаю его идея всплывала в разговорах с кем-то из интересовавшихся физикой коллег по военным сценариям, но когда это происходило, Эверетт не проявлял большой охоты углубляться в тему, а уж о том, чтобы перенести дебаты на более широкую сцену, не было и речи. Эверетт по характеру был черным клоуном, ему нравились парадоксы, аргументы, основанные на непривычной логике, шутки, понятные только избранным. Академическая трибуна для него не имела никакой привлекательности – да и вообще, он не любил выступать публично. Он не испытывал никакого желания исправлять ошибочный способ мышления о квантовой физике, принятый в физическом сообществе. Для этого был бы нужен человек совсем другого склада: не просто академический ученый, но человек с более сильным чувством морального долга и принципиальностью, человек, который не остановился бы перед тем, чтобы защищать непопулярную точку зрения перед широкой аудиторией, человек, умеющий убеждать устным и письменным словом, понимающий, как именно надо подойти к рассматриваемой проблеме, чтобы и другие физики обратили на нее внимание. Был нужен человек, который всегда был уверен в том, что Копенгаген рухнул, который видел, как Дэвид Бом сделал невозможное. Был нужен такой человек, как Джон Стюарт Белл.

7

Глубочайшее научное открытие

Когда Джон и Мэри Белл приехали в Соединенные Штаты, страна была погружена в глубокую скорбь. За день до того, как их самолет приземлился в Калифорнии, в Далласе был застрелен президент Кеннеди. «Из всех возможных дней приезда этот был худшим», – говорил потом Джон. Джон и Мэри, физики из Швейцарии, специализировавшиеся в области ускорителей частиц, получили приглашение поработать в течение года в противоположной точке земного шара, в Стэнфордском центре линейных ускорителей (SLAC). В этой атмосфере трагедии они и приступили к работе. «Мэри быстро втянулась в работу отдела, непосредственно экспериментировавшего с ускорителем, – вспоминал Джон, – а я оказался в группе, занимавшейся теорией [элементарных частиц]»[353].

Джон воспользовался сменой обстановки как возможностью поработать над научными идеями, которые занимали его уже более десятилетия. С 1952 года, когда он прочел статьи Дэвида Бома, Белл знал: со знаменитым доказательством фон Неймана, которое, как считалось, показывает ошибочность бомовской теории волны-пилота и других подобных интерпретаций квантовой механики, что-то не так. Но другие физики все равно регулярно ссылались на фон Неймана, когда хотели объяснить, почему они игнорируют работы Бома. Незадолго до отъезда из Швейцарии Белл говорил с Йозефом Яухом, физиком из Женевского университета, который перед тем опубликовал свою «усиленную» версию доказательства фон Неймана. Развивая перед Беллом свои идеи, Яух, между прочим, рассказал ему еще об одном доказательстве, также подтверждавшем ошибочность версии Бома. «Это подействовало на меня как красная тряпка на быка, – рассказывал Белл. – Мне захотелось доказать, что Яух неправ. Последовало несколько довольно бурных споров»[354]. Теперь, окруженный непривычно безжизненным калифорнийским пейзажем, Белл приступил к выполнению своего плана. В ходе этой работы он открыл некую удивительную истину квантового мира – и в конечном счете ему удалось ослабить мертвую хватку копенгагенской интерпретации, сомкнувшуюся на горле квантовой физики.

Джон Стюарт Белл родился 28 июня 1928 года в Белфасте, в Северной Ирландии. Он был вторым из четверых детей в рабочей протестантской семье. По его собственному признанию, в его длинной родословной встречались «плотники, кузнецы, чернорабочие, сельскохозяйственные рабочие и торговцы лошадьми»[355]. Белл первым в своей семье окончил среднюю школу: отец его бросил учебу в восемь лет, все остальные дети к четырнадцати годам уже работали. Джон окончил самую дешевую школу[356] в округе в шестнадцать, но в местный университет Куинс принимали только с семнадцати. Ему пришлось искать работу. «Я пробовал устроиться служащим в контору на маленькой фабрике, потом на Би-би-си, потом еще куда-то. Но меня никуда не брали», – вспоминал Белл много лет спустя. Наконец работа все же нашлась – ассистентом в физической лаборатории при университете. «Это было для меня огромной удачей – там я познакомился с моими будущими профессорами. Все были ко мне очень добры. Давали мне читать полезные книги. По сути, я прошел свой первый курс физики, убирая лабораторные помещения и готовя оборудование для студенческих лабораторных работ»[357].

Ближе к окончанию своего университетского курса в Куинс Белл впервые познакомился с математическим аппаратом квантовой физики и с неизменно сопутствовавшей ему копенгагенской интерпретацией. То, что он узнал, ему не понравилось. «Сначала вы узнаете все о периодической системе элементов и обо всех остальных практических аспектах этой теории, – вспоминал Белл. – А потом начинаются загадки»[358]. И преподаватели Белла, и учебники рассказывали о природе волновой функции туманно. Они никогда не могли точно сказать, «была ли она [то есть волновая функция] чем-то реальным или просто некоторой разновидностью бухгалтерской операции»[359]. Но если волновая функция всего лишь инструмент бухгалтерского учета, устройство переработки информации, то кому эта информация принадлежит? И если никакого квантового мира, как настаивал Бор, не существует, о чем тогда рассказывает эта информация?[360] Белл даже как-то поспорил об этом с одним из своих преподавателей. «Я очень разгорячился и в конце концов, по сути, обвинил его в нечестности. Он тоже разозлился и сказал: “Ты слишком далеко заходишь”. Но меня эта проблема очень уж глубоко задела – я был разъярен тем, что мы не в силах найти всему этому разумного объяснения»[361].

Раздосадованный Белл, надеясь найти разъяснения, начал читать книги, написанные основателями квантовой физики. Но то, что он там нашел, не особенно ему помогло. Бор неясно очертил границу, по которой проходит раздел между квантовым и классическим миром. «Бора, по-видимому, оставляет совершенно равнодушным тот факт, что, обладая таким прекрасным математическим аппаратом, мы не знаем, к какой части нашего мира его следует применять, – говорил Белл. – Бор, по всей видимости, считал, что он этот вопрос решил. В его работах я этого решения найти не смог. Но нет никакого сомнения: он был убежден, что он это сделал и внес тем самым огромный вклад не только в атомную физику, но и в эпистемологию, и в философию, и в человеческое самосознание в целом»[362]. «Совершенно непонятными»[363] остались для Белла и работы Гейзенберга. Проблема измерения, очевидно, была серьезным вопросом, но в рамках копенгагенской интерпретации он считался тривиальным. Белл добивался строгости и честности, но на свои глубокие вопросы получал только какие-то малосущественные отговорки.

Затем Белл познакомился с доказательством фон Неймана – точнее, поскольку немецкого он не знал, с его изложением, сделанным Максом Борном. «На меня произвело глубокое впечатление, что кто-то – а именно фон Нейман – на самом деле доказал, что квантовую механику нельзя интерпретировать никаким другим образом», – рассказывал Белл[364]. Он двинулся дальше. «Я очень рисковал тем, что раз уж я узнал об этих вопросах, то больше не смогу от них отвязаться <…> И я стал нарочно стараться о них не думать, – вспоминал он. – У меня появилось чувство, что если я так рано начну в них погружаться, то выбраться из этой трясины мне уже не удастся»[365].

После окончания университета Куинс Белл нашел работу в Научно-исследовательском центре атомной энергии в Харуэлле, в Англии. Здесь он занимался разработкой ядерных реакторов с Клаусом Фуксом, ветераном Манхэттенского проекта. Но спустя несколько месяцев после прихода Белла Фукс сознался в том, что выдавал атомные секреты Советам. Белла перевели в отдел ускорителей. Там он познакомился с физиком Мэри Росс, своей будущей женой. Именно работая с Мэри в Харуэлле в 1952 году, Джон и наткнулся на незадолго до этого опубликованные статьи Бома о волне-пилоте.

Рис. 7.1. Джон Белл в Харуэлле, около 1952 года

Белл был поражен ледяным приемом, оказанным идеям Бома. «На протяжении двадцати пяти лет люди говорили, что альтернатива копенгагенской интерпретации невозможна. А после того как Бом нашел ее, некоторые из тех же людей совершили фантастический кульбит – объявили, что это тривиально»[366]. Прочтя статьи Бома, Белл тут же понял, что доказательство фон Неймана неверно. Но оно все еще не было опубликовано на английском языке. В Харуэлле Белл нашел коллегу, говорящего по-немецки, Франца Мандля. «Франц… пересказал мне кое-что из того, что писал фон Нейман, – вспоминал позже Белл. – Я уже тогда почувствовал, что понимаю, в чем заключается несообразность аксиоматики фон Неймана»[367].

Но доказательство фон Неймана оставалось недоступным по-английски еще три года, а когда его наконец опубликовали на этом языке, Белл уже начал писать докторскую диссертацию на совершенно другую тему. Когда Белл поступил в аспирантуру, его научный руководитель Рудольф Пайерлс попросил его сделать доклад на одну из тем, которыми Белл в последнее время занимался, и Белл предложил на выбор рассказ о физике ускорителей или о квантовых интерпретациях. Пайерлс решительно предпочел ускорители[368]. Белл подчинился, и на протяжении последующих нескольких лет ему больше не пришлось сталкиваться с вопросом о значении квантовой физики.

Однажды в ЦЕРНе (Европейском центре ядерных исследований в Женеве, в Швейцарии, где теперь работает знаменитый Большой адронный коллайдер) Белл встретился с самим Бором. Бор был в числе многих знаменитостей, приехавших на торжественное открытие этого исследовательского центра, а Белл и его жена только что приступили здесь к работе. Белл случайно оказался с Бором в лифте. Ему хотелось заговорить с живой легендой, но он не знал, с чего начать. «У меня недостало храбрости сказать: “Я думаю, что ваша копенгагенская интерпретация – фуфло”, – вспоминал он позже. – Ну и потом, поездка оказалась недолгой. Вот если бы лифт застрял между этажами, это могло бы изменить мою жизнь! Не знаю, правда, в какую сторону»[369].

Когда три года спустя Беллы приехали в Калифорнию в творческий отпуск, Джон решил воспользоваться тем, что ему больше не надо было заниматься ежедневной рутинной работой в ЦЕРНе, и разобраться наконец, в чем же именно ошибся фон Нейман. Ему непременно хотелось завершить свой давний спор с Яухом. И он обнаружил, что легендарное доказательство фон Неймана, к которому постоянно апеллируют для защиты от всяческой квантовой ереси, на деле вообще едва ли может считаться доказательством чего бы то ни было! «Доказательство фон Неймана, если вникнуть в его суть, разваливается на глазах! – заявил Белл. – Оно построено на песке. Оно не просто ошибочно – оно бессмысленно (silly)!» Оказалось, великий Джон фон Нейман просто-напросто сделал элементарную ошибку – в своем доказательстве он исходил из предположений, которые были полностью безосновательны. «Когда вы переводите предположения фон Неймана на язык физических понятий, получается чепуха <…>. Доказательство фон Неймана не только неверно – оно просто глупо!»[370]

* * *

Но Белл не только показал, что фон Нейман и Яух ошибались, – он построил новое доказательство вместо прежних. Принято было считать, что доказательство фон Неймана и другие построения того же типа (в том числе «усиленное» доказательство Яуха и доказательство Эндрю Глизона, о котором Яух когда-то рассказывал Беллу) исключали возможность любой интерпретации квантовой физики, в которой используются так называемые скрытые переменные[371]. Такие интерпретации приписывают квантовым объектам определенные положения или другие свойства еще до того, как эти объекты наблюдаются, даже если эти свойства нельзя вычислить из теории. Математический аппарат квантовой физики эти свойства не описывает – он их как бы «не видит», откуда и происходит термин «скрытые переменные». Ярким примером такой теории как раз и является основанная на идее волны-пилота квантовая интерпретация Бома: в квантовом мире Бома частица всегда обладает определенным положением, хотя эти положения и остаются в основном скрытыми от глаз и не могут быть вычислены из уравнения Шрёдингера. Из доказательств фон Неймана, Яуха и Глизона вытекает, что схемы такого типа невозможны, – но Белл прекрасно знал, что волна-пилот Бома очевидным образом работает. Что-то здесь было не так, и Беллу казалось, он понимал, что именно. Он скрупулезно разделил на составные части доказательства, не содержавшие скрытых переменных, вдумчиво анализируя их элементы, пока не наткнулся на один из них, развалившийся пополам, – на ничем не обоснованное предположение в фундаменте логического построения[372]. Перевернув это предположение с ног на голову, Белл показал, что пресловутые «доказательства без скрытых переменных» все как одно доказывали нечто совершенно иное, нечто, чего создатели этих доказательств вовсе не предполагали доказать или что они не вполне понимали. В частности, Белл обнаружил, что теория, содержащая скрытые переменные, могла обойти ловушки, расставленные этими доказательствами, если обладала одним довольно необычным свойством, позже названным контекстуальностью.

Контекстуальность означает, что исход измерения квантовой системы зависит от других вещей, которые вы измеряете в этой системе в то же самое время. Другими словами, если вы измеряете некоторое свойство объекта, исход вашего измерения может зависеть от того, какие другие характеристики этого объекта вы измеряете одновременно с этим. В контекстуальном мире, если вы измеряете энергию нейтрона одновременно с его импульсом, вы получите некоторое значение энергии нейтрона, но если вы измерили эту энергию одновременно с его положением, вы, возможно, получили совершенно другое ее значение просто из-за изменения контекста, в котором вы производили ваше измерение.

Чтобы получить более ясное представление о контекстуальности, забудем на время о нейтронах и поговорим лучше о колесе рулетки. Представьте, что ваша подруга Фло находится в казино, неподалеку от рулетки, а вы говорите с ней по телефону. Самого колеса вы не видите, но можете задавать ей вопросы о том, где остановился шарик рулетки после каждого броска. Вы можете спрашивать, выпал ли он на чет или нечет, на большие или малые числа, на красное или черное. (Рулетка устроена так, что половина номеров красная, а половина черная, при этом красной является половина как «малых чисел», от 1 до 18, так и «больших», от 19 до 36, и как половина четных, так и половина нечетных, а вторые половины, соответственно, черные, рис. 7.2[373].) Однако Фло почему-то не очень охотно сообщает вам, что происходит в казино: при каждом пуске колеса она отвечает только на два из трех ваших вопросов. В обычной ситуации это обстоятельство не имеет значения: что бы Фло вам ни сообщала, шарик все равно останавливается на какой-либо конкретной цифре. А следовательно, несмотря на то что реальное его состояние от вас скрыто, как только он останавливается, вы тут же получаете ответы на все три ваших вопроса. Если шарик остановился на цифре 34, значит, вы знаете, что он выпал на «большое», «красное» и «четное» число, хотя Фло ответила только на два из трех вопросов.

Но если колесо рулетки контекстуально, все происходит по-другому. Теперь ответ на вопрос «Выпал ли шарик на красное?» зависит от того, что вы еще спрашивали одновременно с этим. Допустим, после запуска колеса вы спросили, выпал ли шарик на красное и выпал ли он на чет. Оказалось, что на оба эти вопроса ответ положительный. Но если бы при том же запуске колеса вы задали другие вопросы – скажем, если бы вы спросили, выпал ли шарик на красное и выпал ли он на большое – тогда ответ на оба вопроса оказался бы отрицательным. Каким-то образом ответ на вопрос «Выпал ли шарик на красное?» оказывается зависящим от того, какой другой вопрос вы при этом задаете! Это и есть контекстуальность: ответ на вопрос зависит от контекста, создаваемого сопутствующими вопросами, задаваемыми в то же самое время. Разрушая доказательства, не содержащие скрытых переменных, Белл одновременно продемонстрировал, что квантовая физика описывает именно контекстуальный мир.

Рис. 7.2. Колесо идеальной рулетки. Числа поровну распределены между категориями «большие – малые», «красные – черные» и «четные – нечетные»; поля 0 и 00 отсутствуют

На первый взгляд может показаться, что контекстуальная природа квантовой физики согласуется с копенгагенской интерпретацией или по крайней мере ей не противоречит. Если ответы на вопросы зависят от других одновременно задаваемых вопросов, разве это не означает, что мы не можем получить ответ на вопрос до тех пор, пока не зададим его? В конце концов, если квантовый мир контекстуален, он не может быть похож на колесо рулетки – шарик не может выпасть на конкретный номер и пассивно дожидаться, когда мы на него посмотрим, так как свойства этого номера зависят от того, что мы спрашиваем о нем. Цвет номера рулетки не изменяется, когда мы спрашиваем, четный он или нечетный; номер 34 останется красным независимо от того, задаем ли мы об этом какие-либо вопросы. А значит, в квантовом мире не может быть ни рулетки, ни шарика – до тех пор, пока мы не примемся их искать. Как сказал Паскаль Йордан, «Мы сами производим результаты своих измерений»[374].

Но, невзирая на всю привлекательность этих по-копенгагенски звучащих аргументов, Белл с ловкостью дзюдоиста опроверг их, процитировав самого Бора[375]. В той же статье, в которой Белл объявил контекстуальность главной особенностью квантового мира, он также указал, что эта особенность не должна никого удивлять: ведь, по словам Бора, невозможно провести «никакого резкого различия[376] между поведением атомных объектов и их взаимодействием с измерительными устройствами». Вы не можете заглянуть в квантовый мир, не изменив его, но это вовсе не означает, что квантового мира не существовало, пока вы в него не заглянули. Совсем наоборот: если бы его не было, вы не смогли бы изменить его в процессе наблюдения! И контекстуальное колесо рулетки может существовать – просто положение шарика будет изменяться, когда вы смотрите на него разными способами, ведь вы не можете отделить поведение шарика от его взаимодействия с вами в процессе наблюдения. Это не значит, что шарика не существует или что он не обладает никаким местоположением, пока вы на него не посмотрите; это означает, что шарик просто-напросто очень прыгучий и чувствительный, что он начинает бешено метаться даже от малейшего воздействия. Именно так и ведут себя скрытые переменные в построенной на базе волн-пилотов интерпретации Бома. Согласно Бому, частица всегда обладает определенным местоположением – но это положение может резко изменяться благодаря малым возмущениям и изменениям в экспериментальных схемах. Стоит вам, находясь в бомовском квантовом мире, задать электрону немного отличную от первоначальной серию вопросов, и вы получите совершенно не похожую на первоначальную серию ответов – но сам электрон все это время занимает вполне определенное положение[377]. И так как теория Бома контекстуальна, она остается неуязвимой для всех доказательств, которые пытаются ее опровергнуть. «Все, что доказывают эти доказательства, – заключает Белл, – это недостаток воображения»[378].

* * *

Несмотря на построенную им убедительную демонстрацию того, что теория Бома не является невозможной, Белл все-таки был обеспокоен наиболее странной особенностью концепции волны-пилота: ее «скрытой нелокальностью». «В теории Бома происходили ужасные вещи, – писал Белл. – Например, траектории частиц мгновенно изменялись, как только в какой-то точке Вселенной кто-нибудь двигал магнит»[379]. Была ли нелокальность теории Бома существенной особенностью квантовой физики? Белл поставил этот вопрос в заключительной части своей статьи, развенчивающей доказательство фон Неймана, и оставил его без ответа, указывая тем самым возможное направление дальнейшей работы.

Долгое время поставленный Беллом вопрос о нелокальности оставался вне поля зрения физиков: вследствие ряда канцелярских ошибок[380] его статья о доказательстве фон Неймана два года пролежала в столе у редактора. Но Белл не мог махнуть на этот вопрос рукой – он хотел найти ответ немедленно. В этом и заключался его новый проект. «Я, конечно, знал, что мысленный эксперимент Эйнштейна – Подольского – Розена сыграл критическую роль [в выявлении нелокальности], так как в нем возникали мгновенные корреляции на расстоянии, – вспоминал позже Белл. – Поэтому я в явном виде поставил следующую задачу: построить простую модификацию опыта Эйнштейна – Подольского – Розена, для которой можно было бы создать модель, одновременно не нарушающую квантово-механической картины и сохраняющую полную локальность»[381].

В этой работе Белл использовал упрощенную схему эксперимента ЭПР, предложенную Бомом в учебнике, который он написал непосредственно перед тем, как разработал свою концепцию волны-пилота. Эта версия опыта ЭПР позволила Беллу намного упростить выстроенную им мысленную конструкцию. Вместо сталкивающихся и затем разлетающихся в разные стороны двух частиц с запутанным импульсом в построенной Бомом версии опыта ЭПР участвовали фотоны с запутанной поляризацией[382].

Поляризация – волновое свойство света. Свет является электромагнитной волной, а его поляризация – это преимущественная плоскость колебаний этой волны. Но для наших целей важно только то, что явление поляризации связано с пространственным направлением: мы можем представить себе поляризацию в виде маленькой стрелки, привязанной к каждому фотону и указывающей то или иное направление. Однако все это не так уж просто. Во-первых, мы не можем сказать, куда именно направлена стрелка поляризации фотона. Все, что мы можем сделать, – это измерить поляризацию фотона вдоль некоторой заданной оси в некоторый момент времени. Сделать это можно несколько косвенным путем: ставя на пути фотона поляризатор (линзу из поляроидных солнечных очков). Когда фотон попадает в поляризатор, он либо проходит сквозь него, либо поглощается; и чем ближе стрелка поляризации фотона к направлению оси поляризатора, тем выше у фотона вероятность пройти сквозь поляризатор.

В бомовской версии ЭПР два фотона с запутанной поляризацией вылетают из одного источника в противоположных направлениях к двум поляризаторам. Поляризаторы установлены так, чтобы измерять поляризацию вдоль одной и той же оси. Так как фотоны обладают запутанной поляризацией, то, когда они попадают в поляризаторы, с ними всегда происходит одно и то же – оба они либо блокируются поляризаторами, либо проходят сквозь них. При этом неважно, по какой оси установлены поляризаторы: коль скоро оси поляризаторов согласованы, запутанные фотоны нашей пары всегда будут вести себя одинаково на каждом из них. И, главное, не имеет значения, насколько далеко друг от друга поляризаторы установлены: независимо от расстояния между ними оба фотона либо пройдут сквозь них, либо будут поглощены.

Именно это и должно происходить по законам квантовой физики. Два запутанных фотона описываются одной и той же волновой функцией, что и гарантирует их неизменно одинаковое поведение при встрече с двумя поляризаторами с согласованными осями. Что именно они делают – поглощаются или проходят через поляризаторы, – волновая функция не определяет, но делать они должны непременно одно и то же.

Тут наконец выходит на свет сформулированный Эйнштейном принудительный выбор, который, как он опасался, не был ясно очерчен в статье ЭПР. Если мы предполагаем, что в природе действует принцип локальности, то единственным объяснением идеально синхронизированного на большом расстоянии танца запутанных фотонов будет то, что сценарий этого танца запрограммирован заранее, что фотоны сговорились о нем до того, как вылетели из своего общего источника. Но волновая функция, которая объединяет запутанные фотоны, ничего не сообщает нам ни о каком предварительном сговоре. Она только гарантирует, что фотоны, встретившись с одинаково настроенными поляризаторами, станут всегда вести себя одинаково, будут идеально скоррелированы. Следовательно, если природа придерживается принципа близкодействия, тогда кроме волновой функции должно быть еще что-то – должны быть скрытые переменные. Либо квантовая физика неполна, либо природа нелокальна. Нельзя совместить близкодействие и полноту квантовой физики. Это и есть вынужденный выбор Эйнштейна, в этом суть парадокса ЭПР.

Белл принялся с разных сторон анализировать мысленный эксперимент ЭПР – Бома, пытаясь построить модель, в которой сохранялись бы все результаты, предсказываемые квантовой физикой, и при этом полностью локальную, то есть построенную на принципе близкодействия. «Но как я ни старался, ничего не выходило, – рассказывал Белл. – И мне начало казаться, что, скорее всего, этого сделать не удастся. Тогда я сконструировал “доказательство невозможности”»[383].

Эйнштейн когда-то доказал, что квантовая физика должна выбирать между локальностью и полнотой. Построенное Беллом «доказательство невозможности» показало, что в действительности выбор делается между локальностью и корректностью. Исходя из предположения о том, что в природе действует принцип локальности, Белл вывел некое неравенство, математическое условие, которому должна удовлетворять любая локальная теория. Затем Белл искусно видоизменил бомовскую версию мысленного эксперимента ЭПР, создав ситуацию, в которой предсказания квантовой физики это неравенство нарушают.

Цель логической эквилибристики Белла состояла в том, чтобы продемонстрировать несовершенство предсказаний квантовой физики, а не их совершенство. В конце концов, идеальные корреляции, имеющие место в мысленном эксперименте ЭПР – Бома, легко сочетаются с принципом локальности – фотоны могут получать «секретные инструкции» о своем дальнейшем поведении в точке их совместного рождения. Но если вы поворачиваете ось одного из ваших поляризаторов, квантовая физика предсказывает, что пары запутанных фотонов, поступающие на вход этих поляризаторов, не будут больше вести себя всегда в точности одинаковым образом. И Белл показал, что эти неидеальные корреляции, предсказываемые квантовой физикой, все же слишком сильны, чтобы любая локальная теория взаимодействий могла их объяснить. Так что либо предсказания квантовой физики неверны и природа может быть локальной, либо квантовая физика права и «это жуткое дальнодействие» является реальностью. Белл открыл некую исключительно глубокую и контринтуитивную истину нашего мира.

К тому же Белл показал, что возможна экспериментальная проверка, которая позволила бы выбрать между этими двумя вариантами. Все, что для этого требуется, – построить и выполнить модифицированную Беллом версию мысленного эксперимента ЭПР или какого-либо другого эксперимента, построенного на взаимодействии запутанных частиц. Если результат этого опыта покажет, что неравенство Белла нарушается, квантовая физика оправдана, но природа нелокальна; если неравенство выполняется, то квантовая физика ошибается, но природа может быть построена на близкодействии. Таким образом, «доказательство невозможности» Белла вывело вопрос о нелокальности из сферы обсуждений и сделало его экспериментальной задачей. Это доказательство, известное теперь как теорема Белла, справедливо названо «глубочайшим научным открытием»[384].

* * *

Полученный Беллом результат оказался неожиданным и поставил новые проблемы. Близкодействие – основное предположение физики, да и вообще всей науки. Если отказаться от принципа локальности, невозможно вообще говорить о каких-либо управляемых экспериментах – как бы тщательно вы ни контролировали область непосредственного окружения вашего опыта, всегда остается возможность удаленного мгновенного воздействия на его результат. Именно по этой причине Эйнштейн, в частности, подчеркивал, что локальность должна быть основным принципом науки, отказаться от которого возможно только под давлением абсолютно непреложной необходимости. «Без такого допущения о взаимно независимом существовании пространственно удаленных предметов, допущения, которое основывается на ежедневном опыте мышления, физическое мышление в привычном для нас смысле было бы невозможно, – писал он. – Без этой идеи полного разделения никто также не смог бы понять, как можно формулировать и экспериментально тестировать физические законы <…> Полная отмена этого фундаментального принципа сделала бы невозможной идею существования (квази-) замкнутых систем, а следовательно, и установление эмпирически проверяемых законов в привычном для нас смысле»[385].

Даже если отвлечься от философских взглядов Эйнштейна, его научные результаты не оставляли сомнения в том, что локальность – ключевое свойство нашего мира. Согласно эйнштейновской специальной теории относительности, физические объекты невозможно заставить двигаться со скоростью, равной скорости света или превышающей ее, – иначе мы получим целый букет парадоксов с участием бесконечной энергии. Можно было бы попробовать обойти этот запрет, отыскав нечто, уже движущееся быстрее света, но таких объектов никто никогда не обнаруживал. И действительно, физика релятивистских частиц утверждает, что такие объекты были бы совершенно неустойчивы. Им не позволяли бы существовать их собственные парадоксы, связанные с бесконечной энергией. И даже если бы вы каким-то образом обошли эти проблемы и сумели отправить сигнал со скоростью, превышающей световую, вы все равно рисковали бы получить парадокс: согласно теории относительности, сама посылка сверхсветового сигнала немедленно сделала бы возможным построение «тахионного антителефона», с помощью которого можно было бы посылать сообщения в прошлое.

Но из теоремы Белла вовсе не следует, что мы можем звонить сами себе во вчерашний день или послать в 1955 год новейший спортивный автомобиль. Белл и другие исследователи позже доказали, что квантовую запутанность невозможно использовать для посылки сверхсветовых сигналов. А особый вид нелокальности, свойственный запутанным частицам, вещь тонкая и сложная, и проявляется она только в столь специфических условиях, что никак не может создать экзистенциальной угрозы самой науке, чего так боялся Эйнштейн. Но факт остается фактом – в мире, в котором специальная теория относительности легко прошла все устроенные ею проверки, – в мире, который оказывается строго локальным, – призрак нелокальности, вызванный теоремой Белла, вызывает глубокое беспокойство. Если квантовые предсказания исхода опыта Белла верны и неравенство Белла не выполняется, значит что-то все же нелокально, значит локальность всего только иллюзия. А это предполагает необходимость радикального пересмотра нашей концепции пространства и времени, пересмотра, далеко выходящего за пределы эйнштейновской относительности. Любая картина мира, в котором допускается нарушение неравенства Белла, была бы поистине странной.

Как же Беллу удалось получить из своих рассуждений столь неожиданные, далеко идущие и всеобъемлющие следствия? Чтобы вполне понять построенное им доказательство, нам понадобится нечто большее, чем колесо рулетки, – нам потребуется целое казино[386]. (Читатели, которым неинтересно углубляться в детали доказательства Белла, вполне могут пропустить весь следующий раздел – это никак не скажется на понимании остальной части нашей книги. Но если вы все же отважно последуете за нами и попытаетесь разобраться в аргументации этого раздела, вы, как мы надеемся, достигнете более глубокого понимания того, что сделал Джон Белл.)

* * *

В маленьком городке Бельвиль, в глухом северо-восточном уголке штата Калифорния, открывается новое казино. О его владельце Ронни по кличке Медведь[387] поговаривают, что он связан с преступным миром. Фатима и Джиллиан, инспекторы калифорнийского Игорного Бюро, направляются в Бельвиль, чтобы, пока казино не открылось, все как следует проверить. Ведь Ронни наверняка что-то задумал.

В новом казино Ронни установлена сверхсложная рулетка – возможно, специально для того, чтобы произвести впечатление на инспекторов. В центре зала помещается громадная машина с желобком для шарика; желобок тянется через весь зал, от одного стола с фишками до другого. У каждого из двух столов – по три колеса рулетки, каждое со своим вращающимся полем и общим вертящимся стрелочным указателем (рис. 7.3).

Рис. 7.3. А. Калифорнийская рулетка. Б. В казино у Ронни: «тройное колесо» с закручивающимся указателем в центре

По законам штата Калифорния, на полях рулеточных колес только перемежающиеся красные и черные квадраты – колеса с цифрами здесь запрещены[388]. Как только Фатима и Джиллиан усаживаются каждый за свой стол, Ронни нажимает кнопку машины, и в желобок выкатывается по шарику с каждой стороны – каждый из них катится к своему столу. Пока они катятся, инспекторы закручивают центральный указатель, шарик с каждой стороны автоматически скатывается на то из трех колес, на которое указывает его стрелка, и в конце концов останавливается на красном или черном поле (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Столы рулетки в казино Ронни Медведя в Бельвиле

Чтобы тщательно проверить случайный характер вращения колес, Джиллиан и Фатима проделывают эту процедуру много раз подряд и подробно записывают исход каждого пуска шариков: на какое колесо указала стрелка, и на поле какого цвета выпал шарик. После нескольких десятков запусков инспекторы возвращаются к себе, чтобы сравнить записи. Они обнаруживают, что на обоих столах колеса крутятся будто совершенно случайным образом – красное и черное выпадают примерно поровну. Но между записями Фатимы и Джиллиан обнаруживается странная корреляция: каждый раз, когда стрелки указателей на обоих столах указывают на один и тот же номер колеса, оба шарика останавливаются на одинаковых цветах. Например, на восемьдесят седьмой попытке обе стрелки показали на колесо номер 2 – и оба шарика выпали на красный (рис. 7.5). Инспекторы заключают, что гигантская машина так программирует шарики, чтобы при выходе на колеса с одинаковыми номерами они обязательно выпадали на одинаковые цвета.

Рис. 7.5. Сравнение отрывков из записей Джиллиан и Фатимы

Однако затем Фатима замечает еще одну закономерность: когда шарики попадают на колеса с разными номерами, они оказываются на полях с одинаковым цветом только в 25 процентах случаев. Фатима считает, что это противоречит предположению о программировании шариков. Чтобы доказать это, она выписывает все восемь различных возможных вариантов инструкций, которым могут подчиняться шарики рулетки (рис. 7.6).

По первой из этих инструкций, «красный – красный – красный», шарик всегда приходит на красное поле, независимо от номера колеса, на которое он попадает. По второй инструкции, «красный – красный – черный», шарик останавливается на красном поле, если попадает на колеса 1 или 2, но если он попадает на колесо 3, то останавливается на черном поле. Составленный Фатимой список включает все восемь возможных вариантов поведения шарика, и на его основании она заключает, что, какой бы из этих вариантов ни реализовался, в случае, если номера колес не совпадают, цвета полей, на которые выпадает шарик, на ее стороне и на стороне Джиллиан должны совпадать более чем в 25 процентах случаев.

• Если оба шарика следуют инструкции «красный – красный – красный» или «черный – черный – черный», цвета полей, на которые они выпадают, совпадут в 100 процентах случаев, даже когда они приходят на колеса с разными номерами.

Рис. 7.6. Полный набор «инструкций» поведения шарика рулетки

• Если оба шарика следуют одной из остальных инструкций, то, когда у Фатимы и Джиллиан шарики оказываются на колесах с разными номерами, шарики должны выпасть на один цвет в одной трети (33 процента) случаев. Допустим, что они следуют инструкции «черный – красный – красный». Тогда Фатима и Джиллиан получат поля разных цветов, если шарики придут на комбинации колес 1–2, 2–1, 1–3 или 3–1. Но шарики выпадут на один цвет при комбинациях колес 2–3 или 3–2 – два варианта из шести возможных, то есть одна треть. Точно такая же картина будет наблюдаться, и если шарики станут следовать другим инструкциям (отличным от «черный – черный – черный» и «красный – красный – красный»).

Следовательно, когда номера колес со стороны Фатимы и Джиллиан не совпадают, одинаковый цвет на них должен выпадать по крайней мере в 33 процентах всех случаев – инструкций, для которых такие совпадения будут происходить реже, не существует. И все же, согласно записям, совпадения цветов в этих ситуациях происходят только в 25 процентах случаев! Это заставляет инспекторов заключить, что шарики рулетки не получают одинаковых инструкций. Но ведь шарики рулетки всегда выпадают на одинаковые цвета, когда номера колес со стороны Джиллиан и Фатимы совпадают! Ясно, что между ними существует какая-то координация – ведь именно это обстоятельство и вызвало у инспекторов подозрения, что при запуске шарикам сообщаются какие-то «инструкции». Этот парадокс можно объяснить только одним способом: шарики рулетки обмениваются сигналами уже после того, как они узнают, на какие колеса они должны попасть.

* * *

Предыдущий раздел представляет собой слегка видоизмененное доказательство теоремы Белла. Пары шариков рулетки – это пары фотонов с запутанной поляризацией. Колеса рулетки – поляризаторы, измеряющие поляризацию по трем различным направлениям, случайно выбранным, пока фотоны летят к поляризаторам. А суть теоремы Белла – это тот самый вывод, к которому пришла Фатима. Если шарики вашей рулетки действительно ведут себя так, значит происходит нечто странное, и эту странность нельзя объяснить предположением, что шарики рулетки получают тайные инструкции (то бишь скрытые переменные), которые они несут с собой с момента своего разделения. А поскольку запутанные фотоны действительно ведут себя именно так, значит, нечто очень странное должно происходить в квантовой физике. Но что же именно доказал Белл? Чтобы это понять, посмотрим более пристально на то, что произошло в казино Ронни.

Мы начали с предположения, что шарики рулетки не могут волшебным образом мгновенно сообщаться друг с другом, находясь друг от друга на большом расстоянии (хотя до сих пор мы ни разу не констатировали этого в явном виде). Другими словами, мы начали с предположения о локальности. Это предположение привело нас к идее, что шарики рулетки должны получать скрытые инструкции – это был единственный способ объяснить постоянное согласование цветов[389], на которые выпадали шарики, когда номера колес у Джиллиан и Фатимы совпадали. Но странные корреляции исходов в тех случаях, когда номера колес у Джиллиан и Фатимы не совпадали, исключали возможность существования скрытых переменных. Следовательно, что-то не так было с самим нашим предположением: локальность должна нарушаться. В казино Ронни, конечно, могло случиться всякое – шарики рулетки могли поддерживать связь хоть по радио. Но в реальных экспериментах «шариками рулетки» были летящие со скоростью света фотоны, а «колесами» – поляризаторы, и они могли быть удалены друг от друга на очень большие расстояния, в некоторых экспериментах – на сотни километров. Никакой сигнал, посланный со скоростью света одним из фотонов после того, как он достиг поляризатора, не мог бы успеть достичь другого фотона и повлиять на его поведение прежде, чем тот достигнет своего поляризатора. Короче говоря, результаты реальных экспериментов с запутанными фотонами означают, что существует некое воздействие, распространяющееся быстрее света. Запутанность – не просто артефакт математического аппарата квантовой физики; это реальное явление, действительно существующая мгновенная связь между объектами, удаленными друг от друга на большое расстояние.

Это поразительный результат. Как это может быть правдой? Каким может быть мир, в котором это возможно? Самый очевидный ответ: этот мир нелокален. Основанная на идее волны-пилота бомовская интерпретация квантовой физики с теоремой Белла прекрасно согласуется – ведь теория Бома явно нелокальна. Это превращает одну из видимых слабостей теории волны-пилота – мгновенную связь между частицами, разделенными огромными расстояниями, – в ее силу. Теорема Белла дает веские основания предполагать, что квантовая физика должна быть нелокальной; теория волны-пилота делает это странное квантовое поведение столь очевидным, что его уже невозможно игнорировать.

Но цена, которой достается нелокальность, высока. Теория относительности – одно из наиболее прочных и фундаментальных оснований современной физики; нелокальность поставила бы ее под сомнение. Может, есть какой-нибудь способ обойти теорему Белла? Неужели принцип близкодействия – единственно возможное допущение? Ну да, Джиллиан и Фатима действительно были уверены, что их записи проведенных в казино испытаний рулетки полностью отражали все, что там происходило. И, в частности, они полагали, что при каждом раскручивании колеса рулетки был только один исход пуска каждого шарика – тот, который они записали. А если каким-то образом при каждом раскручивании колеса и пуске шарика исходов было больше одного? Тогда получается, что каждый раз, когда фотон попадает в поляризатор, доказательство Белла рушится. А именно это и происходит в многомировой интерпретации Эверетта. Согласно Эверетту, каждое раскручивание колеса рулетки, разветвляясь вместе с универсальной волновой функцией на множество миров, приводит к обоим возможным исходам, при которых шарик выпадает и на красное, и на черное. Таким образом, теорема Белла заставляет полагать, что если мы не готовы пожертвовать близкодействием, то наиболее странная часть схемы Эверетта, возможно, необходимое свойство мира.

Итак, нам предстоит выбор одного из двух возможных предположений: локальность или единственность Вселенной. Одно из них должно быть неверным, ведь неравенство Белла экспериментом не подтверждается. Значит ли это, что теорема Белла ставит нас перед этим выбором? Или здесь есть еще одна, третья таинственная возможность? Возможно, указатель, при помощи которого выбирается одно из трех колес, действует не вполне случайно, и шарики рулетки заранее «знают», на какое из трех колес они попадут. Такой «сговор» между колесами и шариками мог бы объяснить странный результат, к которому пришли Фатима и Джиллиан. Попробуем перевести это на язык реальной физики: может ли существовать сговор между фотонами и поляризаторами? Такое предположение звучит, мягко говоря, нереально. Разве не правда, что экспериментатор каждый раз произвольно выбирает используемый поляризатор? Если так, то как фотоны могут знать наперед, что он выберет? Мы привыкли считать, что свободно выбираем условия наших экспериментов, но даже если это иллюзия, то идея, что фотоны каким-то образом предвосхищают внутри себя все наши действия, плохо укладывается в сознании. Технически, однако, такой «сверхдетерминизм» может быть логически возможным способом избежать требований теоремы Белла. Горсточка теоретиков действительно пытается работать в этом направлении (хотя есть опасения, как бы признание возможности такого «сговора» не сделало бы невозможным занятие наукой как таковой).

Можно ли придумать что-нибудь еще? Существуют ли другие способы обойти эту замечательную теорему Белла? Есть много книг и статей, в которых утверждается, что в доказательстве Белла есть и еще одно допущение – допущение скрытых переменных[390]. Стоит только исключить предположение, что шарики рулетки вообще способны нести какие-либо скрытые инструкции, говорят нам сторонники этой позиции, и теорема Белла тут же потеряет силу. Но это не так. Мы и не предполагали, что шарики рулетки несут скрытые инструкции, – по крайней мере, в начале нашего доказательства. Мы предположили всего лишь существование локальности, и это неизбежно привело нас к выводу, что у шариков должны быть какие-то инструкции, – должны же мы были как-то объяснить идеальное соответствие между результатами Джиллиан и Фатимы, когда они обе использовали колеса с одним и тем же номером. Вам слышится что-то знакомое? Конечно, это же в чистом виде аргументы ЭПР. Если пары шариков всегда выпадают на одинаковые цвета, то они либо выполняют одинаковые инструкции, полученные ими при запуске, либо сразу же по достижении ими своих целей каким-то образом сообщаются друг с другом со скоростью, превышающей скорость света. Здесь нет никаких предположений о скрытых переменных – всего лишь предположение о локальности, а вводить скрытые переменные вынуждает нас поведение шариков. «Самое трудное – это объяснить, что скрытые переменные не являются исходной предпосылкой анализа[391], – жаловался Белл спустя пятнадцать лет после первой публикации своей теоремы. – Моя первая статья на эту тему (о теореме Белла) начинается с итогового перечисления аргументов ЭПР, начиная с локальности и заканчивая детерминистскими скрытыми переменными. Но комментаторы почти всегда отмечают, что статья начинается с введения детерминистических скрытых переменных»[392].

Еще одно связанное с этим утверждение заключается в том, что теорема Белла предполагает существование некоторого особого вида реальности. Это утверждение особенно популярно среди сторонников копенгагенской интерпретации[393]. Если вы не предполагаете, что у квантового мира есть реальные свойства – или что какой-то квантовый мир вообще существует, – тогда, говорят они, теорема Белла не работает. Но это тоже неверно. Здесь все дело в выражении «некоторый особый вид реальности». Что, собственно, понимается под «реальностью»? По мнению некоторых физиков, теорема Белла основывается на идее, что у квантовых объектов имеются вполне определенные свойства еще до всякого измерения[394] и что это-то и подразумевается под «реальностью». Но, как уже было сказано выше, это просто-напросто неверно – в теореме Белла нет никаких предположений о наперед существующих свойствах частиц (то есть о скрытых переменных). Ее идея вытекает из предположения о локальности точно так же, как аргументация ЭПР. Другие заявляют, что форма реальности, предполагаемая теоремой Белла, сводится к все той же идее о существовании всего мира вне зависимости от наблюдений. Отрицание такого существования, говорят они, и составляет истинную суть копенгагенской интерпретации, и именно это позволяет этой интерпретации оставаться локальной, невзирая на искусно построенное доказательство Белла. Даже если оставить в стороне вводимый таким отрицанием в физику солипсизм – чьи именно наблюдения придают вещам реальность? Здесь возникает еще одна проблема. Ведь если отказаться от предположения, что реальность существует независимо от какой-либо формы наблюдения, обессмысливается сама идея близкодействия. Как может иметь какое-то значение разговор о воздействиях, передающихся от объекта к объекту из одного места в другое быстрее света, когда ни сами объекты, ни их положения вообще не существуют? Разрушение доказательства Белла путем отрицания реальности тут же неизбежно разрушает и концепцию локальности – пиррова победа антиреалистов, твердо решивших сохранить локальность в физике любой ценой. Сам Белл сказал об этом так: «Я не знаю ни одной концепции локальности, которая совмещается с квантовой механикой. Поэтому думаю, что от нелокальности нам не отделаться»[395].

Даже само существование квантовой физики не является исходным предположением доказательства Белла. В конце концов, разве Фатима апеллировала к квантовой физике, когда объясняла невозможность случайного поведения шариков на рулетке Ронни? Теорема Белла – это утверждение, касающееся мира в целом, независимо от законов квантовой физики. Если мир ведет себя определенным образом – если шарики рулетки Ронни или запутанные фотоны подчиняются статистическим закономерностям, которые наблюдались в казино, – то значит либо локальность нарушается, либо в природе реализуется что-то вроде многомировой интерпретации (или, быть может, природа конспирологична и сверхдетерминистична). Единственный пункт в этой аргументации, в котором появляется квантовая физика, это когда в соответствии с математикой квантовой теории обнаруживается, что запутанные фотоны ведут себя так же, как и шарики в рулетке Ронни. Следовательно, если квантовая физика верна или, по крайней мере, если она верна для этой частной ситуации, нам придется пожертвовать локальностью или жизнью в единичной Вселенной (а может, и тем и другим).

Короче говоря, теорема Белла фактически оставляет всего три однозначные возможности: либо природа в каком-то отношении нелокальна, либо мы живем в ветвящейся системе множественных миров, несмотря на ряд очевидных свидетельств обратного, либо квантовая физика дает неверные предсказания в определенных экспериментальных ситуациях. Что бы из этого ни оказалось правдой, работа Белла представляет угрозу для копенгагенской интерпретации. И, возможно, из-за того, что теорема Белла противоречит этой широко распространенной мудрости, физики в течение длительного времени испытывали трудности в понимании истинного ее значения. По сути, недоразумения с ней начались еще до того, как она была опубликована.

* * *

Получив доказательство своей революционной теоремы, Белл находился в нерешительности – в какой научно-исследовательский журнал ее послать? Очевидным выбором казался главный физический журнал в мире, Physical Review, в котором на протяжении предшествовавших тридцати лет появились и статья ЭПР, и ответ на нее Бора, и работы Бома о волнах-пилотах. Авторитетнейший Physical Review читали все физики мира. Но публикация в нем стоила денег. Их обычно выделял институт, в котором работал автор статьи. Белл в SLAC был визитером и не хотел обременять расходами тех, кто оказывал ему гостеприимство, особенно когда речь шла о столь нетрадиционной работе. «Мне было неудобно просить их заплатить за мою статью», – объяснял он[396]. Поэтому он отправил свою работу в новый и пока не имевший установившейся репутации журнал Physics («Физика»).

Журнал Physics – а точнее Physics Physique Fizika: Международный журнал для публикации избранных статей, заслуживающих особого внимания физиков всех специальностей – был журналом необычным. Его основали двое выдающихся специалистов в области физики твердого тела: Филипп Андерсон (в 1977 году он получит Нобелевскую премию) и Бернд Маттиас. Андерсон и Маттиас хотели, чтобы их журнал стал физической версией «журнала литературной и общей информации, таким как Harper’s» – в нем должны были появляться материалы изо всех областей физики, о чем и объявляло его полное название[397]. В стиле Harper’s Андерсон и Маттиас не брали с авторов денег за публикации, а наоборот, выплачивали им гонорары, хотя и очень скромные. Белла такой вариант идеально устраивал. «Я решил, что, если пошлю свою работу в Physics, это будет прекрасным способом избежать неловкой ситуации»[398].

Статья Белла произвела на Андерсона сильное впечатление – но не по той причине, на которую мог бы надеяться Белл. «Меня порадовала мысль о том, что эта работа, возможно, опровергает бомизм [sic], – вспоминал Андерсон, – и мне показалось, что в основном в ней все правильно»[399]. Забавно, что Андерсон, который в этом случае совместил роли редактора и рецензента, по-видимому, принял статью Белла к печати как раз потому, что по сути глубоко ошибся в понимании ее содержания.

Дело еще больше осложнилось тем, что журнал Physics Physique Fizika долго не просуществовал – после того как вышло несколько его номеров, Андерсон и Маттиас были вынуждены превратить его в традиционный журнал по физике твердого тела, а к 1968 году его и вовсе пришлось закрыть из-за трудностей с распространением и разногласий с издательством[400]. Затерянная в забытых старых номерах малотиражного и больше не издающегося академического журнала, работа Белла долго оставалась почти полностью незамеченной – автор не получал абсолютно никаких откликов на нее на протяжении почти пяти лет после ее появления. Но те несколько человек, которые все же прочли ее, за нее ухватились. К середине 1970-х работа Белла вызвала в среде специалистов по квантовой физике полномасштабную смуту – впервые со времен дебатов между Бором и Эйнштейном копенгагенской интерпретации был брошен серьезный вызов, получивший широкий резонанс в физическом сообществе.

Но еще до того, как это случилось, – по сути, задолго до того, как Белл еще только начал обдумывать свою теорему, – началась совсем другая смута. Эта академическая война быстро переросла в революцию, опрокинувшую весь предшествовавший ей порядок и имевшую серьезнейшие последствия для оснований квантовой физики. Тем не менее эта революция ускользнула от внимания Джона Белла и большинства других физиков. Фактически самой физики она почти не касалась. Однако крах логического позитивизма и восхождение научного реализма радикально изменили философию науки и в конечном счете нанесли сокрушительный удар по самим основам копенгагенской интерпретации.

8

«Есть многое на свете, друг Горацио…»

В воздухе, как обычно, пахло несвежим хмелем, и небо над городом было пасмурным и низким. Булыжная мостовая медленно поднималась по склону небольшого зеленого холма на окраине Копенгагена. Город лежал на низком и плоском острове, и тем заметнее был этот холм, окруженный низкой каменной стеной. Из-за угла показался человек лет тридцати с небольшим, в очках в массивной черной оправе, с темными, заметно редеющими волосами. Он шел вдоль стены, потом перешел улицу и остановился у ворот Карлсбергской пивоварни. Была суббота, 17 ноября 1962 года. Томас Кун пришел сюда, чтобы встретиться с человеком, который на протяжении последних тридцати лет был обитателем Карлсбергского Дома почета, – Нильсом Бором.

Кун занимал пост директора только что созданного Архива истории квантовой физики в Беркли, в университете штата Калифорния. Физик по образованию, Кун заинтересовался историей своей науки, еще когда писал докторскую диссертацию в Гарварде. Теперь, спустя пятнадцать лет, он был профессором истории в Беркли. В течение нескольких месяцев (и еще двух последовавших за этим моментом лет) Кун и группа его помощников колесили по всему миру – они брали интервью у представителей уходящего героического поколения первооткрывателей законов квантового мира: Гейзенберга, де Бройля, Борна, Дирака и многих других. Эйнштейна и Шрёдингера в это время уже не было в живых; умер и Паули. Кун и его сотрудники занимались сбором их работ, пытались воссоздать полную картину результатов их колоссального труда, закладывая тем самым фундамент для исследований современных и будущих историков. Самым значительным и важным из тех, кто остался в живых и представлял интерес для исследователей, был, конечно, Бор. И дело не только в его основополагающих трудах в области квантовой физики и огромном влиянии, которое он оказывал на своих коллег. Институт Бора в Копенгагене стал местом рождения множества важнейших статей сотен ученых, гостивших и работавших здесь в течение прошедших сорока лет. Поэтому не было ничего удивительного в том, что на время странствий по Европе с целью получения интервью и коллекционирования научных работ Кун и его группа сделали Копенгаген своей временной штаб-квартирой.

В тот день Куну снова предстояла беседа с патриархом современной физики. За прошедшие три недели Бор уже дал ему четыре интервью, и Кун планировал записать еще несколько таких бесед. В Карлсбергском дворце Кун уединялся с Бором и двумя его ассистентами, Оге Петерсеном и Эриком Рюдингером. Так было и на этот раз. После нескольких минут разговоров о пустяках Кун включил магнитофон. Речь зашла о дебатах между Бором и Эйнштейном об основах квантовой физики.

«Когда я в первый раз встретился с Эйнштейном, – вспоминал Бор, – я спросил его, чего же он на самом деле добивается, что именно он пытается сделать? Он что, думает, что если только он сможет доказать, что квантовые объекты – это частицы, то он уговорит немецкую полицию принять закон, запрещающий пользоваться дифракционными решетками? Или, наоборот, если ему удастся сохранить за ними волновой статус, то незаконно будет применять фотоэлементы?»[401] Эйнштейн ведь никогда не отрицал важности для квантовой физики как частиц, так и волн – по сути, он одним из первых и пришел к этим идеям. Его критика квантовой физики больше относилась к противоречию между локальностью и полнотой – и на эту критику Бор так никогда и не смог адекватно ответить. Однако, с точки зрения Бора, его спор с Эйнштейном уже давно был закончен – Эйнштейн проиграл. «Вся эта история с Эйнштейном так тяжело далась мне, потому что Эйнштейн и правда настроен был очень критически, но, как мне кажется, по каждому пункту его возражений ему убедительно показано, что он был полностью неправ. Однако ему это не понравилось»[402]. Бор сокрушался о годах, потерянных Эйнштейном на его войну против квантовой физики, на бесконечные мысленные эксперименты, кульминацией которых стала статья о парадоксе ЭПР. «Ужасно, что Эйнштейн попался в ловушку этой работы с Подольским, – сказал Бор. – Но Розен, по мне, еще хуже. Розен ведь до сих пор верит [в мысленный эксперимент ЭПР], а Подольский, насколько мне известно, с этой идеей расстался <…> Ведь стоит только в нее как следует вникнуть, и она оказывается абсолютно пустой. Вам, может быть, кажется, что я говорю слишком резко, но это правда; во всем этом нет ровно ничего серьезного»[403].

Затем Бор заговорил еще о дополнительности и о своих надеждах на то, что она станет «общеизвестным фактом», необходимой частью методологии исследований в любой области человеческого познания. В физике он рассматривал дополнительность как простое следствие полагаемого очевидным факта, что квантовая физика не может описывать большие объекты, такие как измерительные устройства. «Я действительно считаю, что из этих немногих аргументов – того факта, что измерительное оборудование состоит из тяжелых предметов [sic] и, таким образом, не попадает в сферу описания в терминах квантовой механики, – мы немедленно попадаем в рамки описания дополнительного. И я не знаю – возможно, я неправ, возможно, я несправедлив, – но я не знаю, почему этим людям такой подход не нравится»[404]. Особенно он был огорчен тем, что его идей, по-видимому, не понимали философы, и жаловался: «Ни один человек, называющий себя философом, на деле не понимает, что подразумевается под дополнительным описанием»[405]. (Позже, когда в ходе этого интервью Петерсен попросил Бора дать ясную формулировку принципа дополнительности, Бор ушел от ответа: он сказал, что дал простое объяснение дополнительности Эйнштейну, которому «оно не понравилось». Затем Бор сменил тему, и вопрос повис в воздухе.)

Несмотря на жалобы Бора, многие видные современные философы благосклонно относились к копенгагенской интерпретации. Но ситуация постепенно менялась, и причиной этого отчасти стал выход в начале описываемого нами года книги «Структура научных революций». Эта книга, направленная против традиционно устоявшейся философской мудрости, предлагала радикально новый взгляд на механизмы научного познания. Хотя позиции, изложенные в книге, не пользовались широкой поддержкой среди философов, течение, которое в ней критиковалось, – известное как логический позитивизм, – к моменту выхода «Структуры…» уже пришло в упадок, и книга лишь приблизила его окончательный крах. Как и копенгагенская интерпретация, логический позитивизм основывался на том, что говорить о ненаблюдаемых вещах бессмысленно; именно аргументы, вызванные к жизни позитивизмом, наиболее часто использовались для защиты копенгагенской интерпретации как физиками, так и философами[406]. И хотя целью атак «Структуры…» стала не сама копенгагенская интерпретация – напротив, в книге ей, по сути, дана в целом благоприятная оценка, – резкая критика позитивизма была потенциально опасна для квантовой ортодоксии.

Интервью, которое Кун брал у Бора, могло дать фантастически интересный шанс выяснить, что думал Бор об антипозитивистской аргументации новой книги: ведь ее автором был не кто иной, как сам Томас Кун. К сожалению, Кун в тот день не стал разговаривать с Бором о позитивизме, а другого шанса сделать это ему уже не представилось, как не пришлось больше побеседовать с Бором о чем-то еще. На следующий день после обеда Бор прилег соснуть на часок и больше не проснулся. Ему не пришлось стать свидетелем крушения логического позитивизма и последовавшей за этим постепенной утраты копенгагенской интерпретацией поддержки среди философов и физиков.

* * *

Когда в октябре 1929 года Мориц Шлик возвратился в Вену, коллеги встретили его бурным ликованием. К ним вернулся их вождь! Шлик, заведовавший кафедрой Naturphilosophie в Венском университете, провел минувший семестр в Стэнфорде[407] и, находясь там, получил весьма заманчивое предложение от Боннского университета в Германии. Несколько месяцев он тянул с ответом, но в конце концов решил остаться на своей кафедре в Вене. Как бы привлекательны ни были перспективы, открывавшиеся перед Шликом в Бонне, они не могли перевесить выгод его уникального неформального лидерства среди ученых и философов здесь, в Вене. Сообщество сторонников новой философии логического позитивизма, главой которого был Мориц Шлик, уже было известно в мире под названием «Венский кружок». Благородный и кроткий характер, изысканные манеры и могучий интеллект сделали Шлика идеальным лидером этой группы возмутителей академического спокойствия. «В знак радости и благодарности»[408] по случаю принятого их главой решения вернуться к ним несколько старейших членов кружка[409] – Отто Нейрат, Рудольф Карнап и Ганс Ган – написали и преподнесли Шлику манифест, выражающий разделяемые всей группой философские, научные и политические взгляды. Как и всякий хорошо написанный манифест, этот документ, озаглавленный «Научное понимание мира», не только декларировал ценности, которые Венский кружок поддерживал, но и указывал положения, против которых он решительно выступал. Себя и своих противников авторы манифеста представляли как отражение растущих глобальных движений:

«Как утверждают многие, метафизическая и теологизирующая мысль сегодня вновь на подъеме, не только в жизни, но и в науке <…> Это легко подтвердить – стоит лишь взглянуть на темы университетских курсов и названия философских публикаций. Но верно и то, что одновременно укрепляется и противоположный дух просветительских и антиметафизических исследований, ограниченных фактами <…> В некоторых кругах мышление, основанное на опыте и враждебное чистому умозрению, теперь распространилось сильнее, чем когда-либо, и оно утверждается именно благодаря возникшей новой оппозиции. В исследовательской работе, ведущейся во всех отраслях эмпирической науки, живет дух научного понимания мира[410].

То, что метафизическое и теологизирующее мышление не только в жизни, но и в науке сегодня вновь усиливается, утверждается многими. <…> Само это утверждение легко подтвердить, бросив лишь взгляд на темы лекций, читаемых в университетах, и на названия философских публикаций. Однако и противоположный дух просвещения и антиметафизического исследования фактов в настоящее время усиливается <…> В некоторых кругах способ мышления, опирающийся на опыт и отвергающий спекуляцию, жив как никогда, он лишь укрепляется вновь поднимающимся сопротивлением. Этот дух научного миропонимания живет в исследовательской работе всех отраслей опытной науки»[411].

Растущее влияние «метафизической и теологизирующей мысли», против которого выступили в своем манифесте члены Венского кружка, не ограничивалось одной лишь религиозной сферой. Немецкий идеализм в это время был одним из наиболее влиятельных течений в философии Центральной Европы – а он был абсолютно несовместим с присущим Венскому кружку прагматическим эмпиризмом. Немецкие идеалисты верили в примат идей над материальным миром; они были интеллектуальными наследниками Гегеля, знаменитого немецкого философа начала XIX века. Гегель веровал в абсолют, в мировой дух, который проистекает из хода истории и направляет ее к некоторой конечной цели. Позитивисты же, склонные к обобщающим высказываниям о природе реальности, считали Гегеля излишне туманным и трудным для понимания. Например, в одном из своих наиболее известных трудов, «Лекциях по философии истории», Гегель провозглашал: «Разум <…> является как субстанцией, так и бесконечною мощью; он является для самого себя бесконечным содержанием всей природной и духовной жизни, равно как и бесконечной формой, – проявлением этого ее содержания»[412]. Для позитивистов это звучало полной чепухой.

Кроме Гегеля и его последователей, можно было назвать и современного немецкого философа, чья философия шла вразрез с идеалами Венского кружка, – Мартина Хайдеггера. Хотя Хайдеггер и расходился с Гегелем во многих вопросах, оба они ставили абстрактные идеи и интуицию выше эмпирических данных и материальной сущности.

Манифест Венского кружка был призывом к войне против этой философии, воспринимавшейся как реакционная, отсталая и нарочито малопонятная. «Стремиться к четкости и ясности, отвергать темные дали и загадочные глубины», – призывал он[413]. Труды Гегеля, Хайдеггера и иже с ними, оторванные от повседневного мира, наполненного светом и звуками, отбрасывались как «метафизика». «Отвергается точка зрения на интуицию как на высокоценный, проникающий в глубину вид познания, который якобы может выходить за пределы чувственного опытного содержания и не должен быть связан тесными узами понятийного мышления[414]. <…> Не существует никакого способа содержательного познания, кроме опыта; не существует никакого мира идей, который находился бы над опытом или по ту сторону опыта»[415]. Идеализму и теологии философы Венского кружка противопоставили «концепцию научного миропонимания», которую отличали две важные особенности. «Во-первых, научное миропонимание является эмпиристским и позитивистским: существует только опытное познание <…> Тем самым устанавливаются границы содержания легитимной науки. Во-вторых, для научного миропонимания характерно применение определенного метода, а именно логического анализа»[416]. Отсюда и название «логический позитивизм».

Вполне понятно, что логические позитивисты были противниками философских «воздушных замков» и заумного языка, на котором часто изъяснялись их оппоненты. Но логические позитивисты не просто боролись с метафизикой – они полагали, что могут опровергнуть метафизические утверждения как лишенные смысла. Смысл, значение слов, считали они, проявляется посредством его верификации: знание того, что означает некоторое утверждение, эквивалентно умению подвергнуть его проверке нашими органами чувств. Согласно позитивистам, когда вы говорите «снаружи более жарко, чем здесь, в комнате», по сути, вы утверждаете: «если вы выйдете наружу, вы будете чувствовать тепло сильнее, чем вы чувствуете его здесь, в комнате». Значение утверждения содержит указание на метод его эмпирической верификации, и если не существует возможности проверить справедливость утверждения при помощи органов чувств, это значит, что это утверждение смысла не имеет. Следовательно, темные утверждения вроде гегелевских деклараций о форме и субстанции, а также другие метафизические высказывания, такие как «существует Бог», бессмысленны – они никак не связаны с наблюдаемым миром.

Но идеалистические и теологические утверждения не единственный вид высказываний, не имеющих никакой связи с чувствами. Существуют и более прямолинейные утверждения, такие, например, как «это кресло находится в гостиной, даже когда там никого нет», которые также нельзя подтвердить непосредственно из опыта. Подобные высказывания о существовании и постоянстве бытия материальных объектов независимо от их восприятия являются реалистическими утверждениями – это высказывания о реальном мире, который существует независимо от того, присутствуют ли в нем человеческие существа. Такие утверждения играют в науке фундаментальную роль. И все же некоторые позитивисты, выплескивая вместе с водой и ребенка, отрицали как бессмысленные и такие реалистические утверждения – ведь они не могут быть подтверждены опытом. По мнению этих позитивистов, значением обладают только утверждения, проверяемые восприятием, а также чисто логические математические утверждения.

Позитивисты оказались в трудном положении. Они считали, что бессмысленно говорить о мире, существующем независимо от восприятия, но они также хотели иметь возможность подтвердить, что наука работает. Эту трудность они обошли, разработав такой взгляд на научную практику, который хорошо совмещался с представлением о смысле как о том, что доступно опытной проверке. Наука, по их представлению, занимается организацией восприятия. Научные теории – это всего лишь методы предсказания актов восприятия путем суммирования прошлых актов с использованием математического аппарата. Получалось, таким образом, что наука не имеет отношения к объективно реальному миру, существующему независимо от нашего восприятия, ведь все, что существует вне восприятия, – даже предположительно «реальный» мир – это метафизика. Любые утверждения, которые ученые делали о ненаблюдаемых, но «реальных» вещах на основании своих научных теорий, отбрасывались как ненужные гипотезы, посторонняя метафизическая обуза, не имеющая отношения к истинным задачам науки. Электроны, к примеру, нереальны – ведь их нельзя увидеть. Реальными можно считать только видимые треки в детекторах частиц, таких как камера Вильсона, – ведь это все, что мы можем прямо наблюдать. Конечно, физики говорили об электронах, как если бы они были реальны, но это просто условное обозначение их восприятия, и его не следовало понимать буквально. Наука – это не более чем инструмент для предсказывания восприятия. Такой взгляд на науку получил название инструментализма.

Позитивисты также считали, что ученые и философы должны стремиться к «единству науки» – к единому согласованному взгляду на мир, основанному на научном подходе и наблюдении. При этом различные отрасли науки формировали непрерывное и внутренне согласованное целое. Биология должна основываться на химии, которая в свою очередь должна вытекать из физики, и так далее. Сейчас эта идея выглядит относительно невинной и непротиворечивой, но в то время в науках существовали сильные течения, противоречащие этой точке зрения. На протяжении большей части XIX века физика и химия были в разладе – химики по преимуществу верили в атомы, в то время как физики часто относились к существованию атомов скептически. Только в первые десятилетия XX века эти две области науки вместе начали строить согласованную картину химических взаимодействий. Биология тоже не вполне дружила с остальными: некоторые биологи того времени были сторонниками витализма – идеи, сводившейся к тому, что живые организмы не подчиняются тем же законам физики, которым следует неодушевленная материя, что в делении клетки и в наследственности есть что-то нефизическое и нарушающее законы термодинамики. Эти и другие подобные заявления позитивисты отвергали как бессмысленную и невнятную метафизику. Согласно манифесту Венского кружка, даже сама философия должна была войти в единое здание науки как составная часть: «не существует никакой философии как основополагающей или универсальной науки наряду или над различными областями опытной науки»[417]. Философия, как и естественные науки, должна базироваться на утверждениях о наблюдениях и ощущениях.

Несмотря на то что в центре их внимания находились эмпиризм и логика, философы Венского кружка не ограничивали свои интересы наукой и философией – единство науки простиралось на все области человеческой деятельности. «Мы видим, как дух научного миропонимания все в большей степени пронизывает формы личной и общественной жизни, преподавания, воспитания, искусства, – провозглашал манифест, – помогает организовать формы хозяйственной и общественной жизни на рациональной основе»[418]. Члены кружка устанавливали связи с художественными и общественными движениями, разделявшими схожие идеалы, такими, например, как Школа архитектуры и дизайна «Баухаус»[419]. Политические взгляды членов кружка были под стать его революционной риторике. Его философские оппоненты, такие как немецкие идеалисты, часто стояли на реакционных крайне правых политических позициях. Хайдеггер, например, был ярым националистом и традиционалистом-аграрником, считавшим индустриализацию расчеловечивающей силой. Он призывал вернуться к традиционным культурным ценностям, выступал против современных политических тенденций, таких как представительная демократия, и в конце концов в 1933 году вступил в нацистскую партию. Венский кружок считал, что ужасные крайности политического правого экстремизма шли рука об руку с ненаучными и устаревшими философскими взглядами, против которых члены кружка и боролись. Кружок включал себя в традицию великих философов-эмпириков эпохи Просвещения, таких как Юм и Локк, и способствовал распространению ценностей этой эпохи: международного сотрудничества в противовес национализму, разума в противовес вере, гуманизма в противовес фашизму, демократии в противовес авторитаризму. Индустриализация для философов кружка была силой не подавляющей, но модернизирующей. Они считали, что их политические действия тесно связаны с их философией: Нейрат, например, в 1919 году был экономистом в недолговечном революционно-социалистическом Баварском государстве и впоследствии едва не угодил за это в тюрьму. «Стремление к преобразованию экономических и общественных отношений, к объединению человечества, к обновлению школы и воспитания демонстрирует тесную внутреннюю взаимосвязь с научным миропониманием[420], – писал он в манифесте Венского кружка. – Представители научного миропонимания твердо стоят на почве простого человеческого опыта. Они настойчиво работают над тем, чтобы убрать с дороги тысячелетний метафизический и теологический хлам»[421].

Верные своей гуманистической и интернационалистической позиции, Шлик и его единомышленники обращались со своим манифестом ко всему миру. «Венский кружок не довольствуется выполнением, в качестве замкнутого сообщества, коллективной работы, – провозглашал манифест. – Он также старается наладить контакт с теми активными движениями современности, которые стремятся к научному миропониманию и отказываются от метафизики и теологии»[422]. И в этом философы кружка со временем преуспели: в Вену приезжали Ганс Райхенбах из Германии (глава Берлинского кружка философов) и Альфред Айер из Англии, которые затем, вернувшись домой, способствовали выходу логического позитивизма за пределы национальных границ и языковых барьеров. Главным пропагандистом взглядов Венского кружка стал Рудольф Карнап; его выдающийся труд «Логическая структура мира», вышедший в 1929 году, сделал его самой влиятельной фигурой позитивистского движения. Многие его ученики сами сделались крупными философами. Карнап и Райхенбах сумели возглавить уже существовавший философский журнал Annalen der Philosophie и превратить его в рупор своих идей: под новым названием Erkenntnis (что означает «познание» или «осознание») журнал стал публиковать статьи позитивистской направленности, написанные философами из кругов, близких к новой редакции, да и со всего мира. Тем временем Отто Нейрат, обладавший необузданным и экспансивным характером – «он был настолько же шумным и неопрятным, насколько Шлик – утонченным и светским, – вспоминал Айер, – человеком исполинского роста, неизменно оканчивавшим свои письма силуэтом слона вместо подписи»[423], – разработал несколько честолюбивых проектов с целью изменить мир под эгидой объединенной науки. Он приступил к созданию многотомной «Международной энциклопедии объединенной науки», целью которой было осветить в едином авторитетном источнике достижения всех областей науки с позиций позитивизма. Он трудился над построением международного символического языка ISOTYPE, в котором чувственные данные были бы представлены точным и однозначным образом, – на нем могло бы основываться международное сотрудничество науки и философии. Кроме того, Нейрат организовал целый ряд конференций – Международных конгрессов объединенных наук, на которых позитивисты со всех концов мира встречались и обсуждали ход осуществления своей философской и общественной программы. В течение недолгого времени с конца 1920-х до начала 1930-х годов намеченные в манифесте Венского кружка перспективы казались поистине радужными.

* * *

Многие идеи позитивистов – значение, которое они придавали наблюдению, критика «реальности» и невидимых сущностей как метафизических понятий, представление о науке как об инструменте организации восприятия – сближались с некоторыми воззрениями, связанными с копенгагенской интерпретацией. Логический позитивизм и квантовая физика родились в одно и то же время и в одном и том же месте: Венский и Берлинский кружки сформировались в 1920-х, и в том же десятилетии Гейзенберг и Шрёдингер (первый был немцем, второй – австрийцем) впервые разработали полномасштабные теории квантовой физики. Это не было простым совпадением, но не было и заговором. В атмосфере интеллектуальной культуры этого времени и этих мест носились смутные представления, которые, возможно, и легли в основу идей как ранних позитивистов, так и первопроходцев квантового мира. Но у обеих этих групп определенно было нечто общее, что их вдохновляло, и в первую очередь это были работы Эрнста Маха.

Мах, работавший в Венском университете за одно поколение до Венского кружка, первым сформулировал требование, чтобы все научные теории относились только к наблюдаемым сущностям. (Мы уже познакомились с ним в главе 2; к большому огорчению Людвига Больцмана, он отрицал существование атомов на том основании, что увидеть их невозможно.) Исповедуемая Махом философия науки, признающая только наблюдаемые объекты, была непосредственным источником вдохновения логических позитивистов; в манифесте Венского кружка его имя названо среди прямых и наиболее влиятельных предшественников этого направления. Но Шлик, Нейрат и все остальные были не единственными, кого вдохновили его взгляды. Мах стал крестным отцом молодого венского математического гения по имени Вольфганг Паули; философия науки Паули была пропитана идеями Маха. «Нет никакого смысла в том, чтобы обсуждать <…> величины, которые в принципе не могут наблюдаться экспериментально»[424], – писал только что окончивший колледж юный Паули в 1921 году. Такие величины, настаивал он, должны быть признаны «несуществующими и не имеющими физического смысла»[425]. А спустя тридцать с лишним лет Паули так высказался по поводу сомнений Эйнштейна в способности квантовой физики описать то, что происходит между измерениями: «Ломать голову, размышляя, существует ли что-то, о чем мы ничего не знаем, все равно что решать старинную задачу о том, сколько ангелов может поместиться на кончике иглы»[426].

Мах был не единственным, чьи идеи разделяли как члены Венского кружка, так и физики из Копенгагена. Был еще кое-кто, к кому обе эти группы относились похожим образом[427]: Эйнштейн, который сам отчасти вдохновлялся взглядами Маха, когда формулировал положения специальной теории относительности. Опираясь на то, что было доступно наблюдению, – часы и мерные рейки – и отбросив как ненаблюдаемый фантом светоносный эфир, Эйнштейн революционизировал науку. Успех специальной теории относительности рассматривался как триумф махистского взгляда на физику. Как мы уже убедились в главе 2, именно так воспринял теорию относительности Гейзенберг, о чем он и говорил Эйнштейну в Берлине в 1926 году. И не только он – подтверждением взглядов своего крестного отца считал теорию относительности и Паули. Так же относились к трудам Эйнштейна и позитивисты. Мориц Шлик создал себе репутацию философа, написав книгу «Пространство и время в современной физике» (Raum und Zeit in der gegenwärtigen Physik), блестящее изложение теории относительности и ее философского значения, получившее широкую известность. Остальные члены Венского кружка тоже были более чем уверены в поддержке Эйнштейна – настолько, что в конце своего манифеста сочли возможным назвать его в числе «ведущих представителей научного миропонимания».

Однако несмотря на то, что он действительно многое взял у Маха, Эйнштейн вовсе не был поклонником его философии науки, во всяком случае в более поздний период своей жизни[428]. «Ты знаешь, что я думаю о “любимом коньке” Маха, – писал он другу в 1919 году. – Эта идея неспособна породить ничего живого. Она может только уничтожать вредную нечисть»[429]. Когда Филипп Франк, один из основателей Венского кружка, спросил Эйнштейна о его философии науки, он с изумлением обнаружил, что Эйнштейн вовсе не является позитивистом. Франк тут же напомнил Эйнштейну, что не кто иной, как он сам впервые использовал позитивистский подход в своей теории относительности. «Хорошую шутку не стоит повторять слишком часто»[430], – ответил Эйнштейн, повторив то, что за несколько лет до этого он говорил Гейзенбергу.

Несомненно, Эйнштейн считал, что роль науки выходит далеко за рамки «организации восприятия». «Единственная цель того, что мы называем наукой, – говорил он, – устанавливать, что существует»[431]. В эссе 1949 года, обращаясь к Бору и другим своим критикам, Эйнштейн отмечал, что в квантовой физике его не устраивает как раз отрицание ею возможности «достичь программной цели всей физической науки: полного описания любой (индивидуальной) реальной ситуации (поскольку она предполагается существующей безотносительно к любому акту наблюдения или обоснования)»[432]. Эйнштейн знал, что эта его позиция отчаянно расходилась с современными философскими трендами. Сразу после того, как он сформулировал свои взгляды на цель физической науки, он ехидно прокомментировал только что сказанное с точки зрения воображаемого позитивиста, опирающегося в обосновании своей философской позиции как на теорию относительности, так и на квантовую теорию:

Когда позитивистски настроенный современный физик слышит такие формулировки, он лишь соболезнующе усмехается. Он говорит себе: «Вот как во всей своей наготе предстает перед нами лишенный какого-либо содержания метафизический предрассудок, победа над которым составляет главное эпистемологическое достижение физики за последнюю четверть века. Разве кто-нибудь когда-нибудь воспринимал “реальную физическую ситуацию”? Может ли сегодня разумный человек все еще верить в то, что наши основные сведения об окружающем мире, наши представления о нем можно опровергнуть, вызывая это бесплотное привидение?[433]

Взмолившись затем: «Терпение!» – Эйнштейн вновь принялся умело защищать свои взгляды, еще раз тщательно излагая детали эксперимента ЭПР – парадокса, который его противники так и не смогли объяснить. Но, несмотря на истинную позицию Эйнштейна, для Гейзенберга, Паули, Франка, Венского кружка и целого поколения немецких физиков его труды так и остались источником позитивистского вдохновения[434].

Работы Эйнштейна подтолкнули и других склонных к позитивизму ученых предложить собственные подходы, независимые от принятых в кругах Вены и Копенгагена. В 1927 году физик-экспериментатор из Гарварда Перси Бриджмен сформулировал философию науки, которую он назвал операционализмом. В своей книге «Логика современной физики» он с самого начала объявил, что вдохновляется специальной и общей теорией относительности Эйнштейна. «Нет никакого сомнения в том, что эти теории продолжают непрерывно изменять физику, – писал Бриджмен[435]. – И хотя сам Эйнштейн явно никогда не утверждал и не подчеркивал этого, мне кажется, что, если внимательно изучить сделанное им, мы увидим, что он в корне изменил наш взгляд на то, какими являются и какими должны быть плодотворные концепции в физике»[436]. Бриджмен далее заявлял, что по Эйнштейну все научные понятия должны иметь операциональные определения, то есть определения, данные в терминах какого-либо рода конкретной экспериментальной процедуры. Например, «температуру» следует определить как «то, что измеряется ртутным термометром». Согласно Бриджмену, глубокое понимание относительности приводит к тому, что операциональные определения становятся наиболее фундаментальными из всех возможных для научных понятий. «Вообще говоря, под любым понятием мы подразумеваем не более чем набор операций; понятие синонимично соответствующему множеству операций»[437]. Бриджмен был крупнейшим американским физиком, получившим в 1946 году Нобелевскую премию. Естественно, Венский кружок был в восторге от того, что такой выдающийся физик проповедует столь близкую к их собственной философию науки, и в 1939 году Бриджмен получил приглашение на организуемый Венским кружком Международный конгресс за единство науки.

Позитивисты и основатели квантовой физики не только имели общие источники вдохновения – они прямо контактировали друг с другом, обсуждая интересные обеим сторонам вопросы науки и философии. Нейрат несколько раз приезжал в Копенгаген: в 1934-м он встретился с Бором, после чего они несколько лет переписывались. После знакомства с Бором Нейрат пишет Карнапу: «некоторые мировоззренческие установки [Бора] совпадают с моими»[438]. Позже в письме к Нейрату Бор выражает удовольствие от того, что их взгляды не слишком расходятся[439]. Летом 1936 года Нейрат и Бор вместе с датским позитивистом Йоргеном Йоргенсеном организовали Второй международный конгресс за единство науки. Естественно, эта конференция состоялась в Копенгагене – фактически она прошла дома у Нильса Бора, в Карлсбергском Доме почета (рис. 8.1). Франк от имени Шлика представил на ней доклад под названием «Квантовая теория и познаваемость природы»[440], в котором утверждалось, что «в физике бессмысленно говорить о принципиально непознаваемых факторах» и что в квантовой физике утверждения о неопределенных величинах «не истинны и не ложны, но бессмысленны»[441]. Эти декларации очень напоминали установки копенгагенской интерпретации.

Все это вовсе не значит, что логический позитивизм был философским обоснованием копенгагенской интерпретации. В частности, вряд ли можно было назвать позитивистом самого Бора. Трудно сказать, какой была его истинная позиция, – из статей, авторы которых пытаются интерпретировать его взгляды на любой предмет, можно сложить горную вершину средней величины, причем в этой горе будет нелегко найти работы, согласующиеся друг с другом. Но Бор, по всей видимости, действительно флиртовал с некоторыми идеями, для позитивистов совершенно неприемлемыми, такими, например, как витализм[442]. На прошедшей в его доме конференции 1936 года Бор благоприятно отзывался о витализме, приводя в пользу этого учения аргументы, основанные на идее дополнительности, в то время как представленный на той же конференции вышеупомянутый доклад Шлика был направлен против витализма.

Рис. 8.1. Второй международный конгресс за единство науки в июне 1936 года в доме Нильса Бора в Копенгагене. Стоит – Йорген Йоргенсен; Нильс Бор – крайний справа в первом ряду; Филипп Франк – второй справа в первом ряду; Карл Поппер – первый слева от Йоргенсена; Отто Нейрат – третий слева в четвертом ряду; Карл Гемпель – сидит сразу за Нейратом. Пустые стулья в первых рядах предназначены, вероятно, для Шлика, Карнапа и Райхенбаха – все они выражали желание приехать на конгресс, но никто из них не смог этого сделать

А Нейрат считал, что в работах Бора «некоторые замечания полны дремучей метафизики» и что он «выражается несколько неясно»[443]. С другой стороны, Бор, казалось, сочувствовал позитивистам и иногда был близок к тому, чтобы объявить себя одним из них. Когда Франк спросил, был ли ответ Бора на статью о парадоксе ЭПР основан на позитивистских соображениях, Бор сказал ему: «Вы очень хорошо уловили суть моих усилий»[444].

Независимо от истинных философских убеждений Бора, защита Копенгагенской интерпретации была, несомненно, основана на аргументах и лозунгах, заимствованных у логического позитивизма. Верификационная теория смысла, в особенности идея о том, что непроверяемые утверждения бессмысленны, преподносилась студентам-физикам как новое фундаментальное понимание мироустройства и неотъемлемая часть успеха квантовой физики. Согласно одному очень популярному учебнику квантовой физики середины XX века, старая физика эпохи до квантовой революции считала, что частицы, например фотоны, всегда, в каждый момент времени имеют определенное положение, но «квантовая механика <…> заменила это представление другим: что положение фотона имеет некоторое значение, только когда эксперимент включает в себя определение этого положения»[445]. Сам Гейзенберг, говоря о квантовых явлениях, часто пользовался операционалистским языком. «Не существует способа наблюдать орбиту электрона вокруг атомного ядра, – заявлял он, – и, следовательно, в обычном смысле никакой орбиты электрона не существует»[446]. Согласно Гейзенбергу, полагать, что электрон движется по орбите или вообще проходит какой-либо путь между наблюдениями, «было бы ошибкой словоупотребления, которую нельзя оправдать»[447].

И все же, если быть честными, нельзя сказать, что физическое сообщество приняло позитивизм, – оно приняло лишь его удобную для практических целей упрощенную имитацию. Верификационная теория смысла на деле не могла обосновать большинство положений копенгагенской интерпретации[448]. И мало кто из физиков действительно считал, как считали члены Венского кружка, что электронов не существует. Принятая физиками позиция была просто карикатурой позиции позитивистской. Если что-то нельзя увидеть, то какое нам до этого «что-то» дело? Ведь то, что нельзя увидеть, все равно не имеет никакого содержания и смысла. А если кого-то это все равно не убеждает, для них заготовлена груда заимствованных у позитивистов (хотя и попутно при этом искаженных) аргументов, которые доказывают, почему это так, – и их вполне достаточно, чтобы большинство людей могло об этих материях не беспокоиться, особенно когда вокруг столько разнообразнейшей интересной работы для тех, кто владеет математическим аппаратом квантовой физики.

Эта мультяшная пародия на позитивизм, невзирая на все ее недостатки, вполне устраивала практически мыслящих физиков, работавших во время и после Второй мировой войны. И некоторые члены Венского кружка, такие как Шлик и Франк, действительно утверждали, что у копенгагенской интерпретации есть серьезное философское основание, коренящееся в общепринятых фундаментальных положениях логического позитивизма. Но война, прояснившая перспективы копенгагенской интерпретации, одновременно омрачила судьбы самих позитивистов.

* * *

У Венского кружка серьезные неприятности начались в середине 1930-х, когда на Европу надвигался фашизм. Стремительно ухудшающаяся политическая ситуация убедила некоторых из его лидеров и их коллег, что им лучше вообще расстаться с Европой. В 1933 году, когда Гитлер пришел к власти, Райхенбаху пришлось оставить Берлин и бежать в Стамбул, где он потом несколько лет работал в университете. Примерно в это же время фашисты захватили власть в Австрии, и к 1934 году Чехословакия оказалась в шатком положении единственного еще функционирующего демократического государства Восточной Европы. Карнап, который за несколько лет до этого переехал в Прагу и преподавал в Пражском университете, понял, куда дует ветер. При содействии американского позитивиста Чарлза Морриса в 1935 году Карнап переехал в Соединенные Штаты и вскоре получил место в Чикагском университете. Шлик оставался в Вене, но и у него появились серьезные политические проблемы: и новое фашистское правительство, и австрийские нацисты видели в нем политического и идеологического оппонента (которым он и был), а наци еще и объявили его евреем (которым он не был). В 1936 году австрийское правительство отказало Шлику в выдаче выездной визы для поездки в Копенгаген на конференцию, проходившую в доме Бора. Наутро в первый день конференции, в те самые часы, когда Бор и Франк представляли в Копенгагене свои доклады, на ступенях у входа в Венский университет к Шлику подошел его бывший студент, Иоганн Нельбек. Он четыре раза выстрелил в Шлика в упор; Шлик умер на месте. Нельбека схватили. Он сознался в содеянном и был признан вменяемым. Однако австрийские нацисты вцепились в это дело и представили его прессе в искаженном виде. За это убийство Нельбека приговорили всего к десяти годам тюрьмы. Когда в 1938 году Австрия в результате аншлюса стала частью нацистской Германии, Нельбек подал прошение о помиловании. В нем он пишет (говоря о себе в третьем лице): «Своим деянием, в результате которого был устранен еврейский преподаватель, пропагандировавший учения, враждебные и разрушительные для нации, он оказал важную услугу национал-социализму, а в результате этого акта за национал-социализм и пострадал»[449]. Нельбек был помилован нацистами после того, как отбыл всего два года из назначенного ему тюремного срока.

К тому моменту, когда в 1939 году разразилась война, единственным из основных членов Венского кружка, еще остававшимся в континентальной Европе, был Отто Нейрат. После захвата власти в Австрии фашистами он бежал в Нидерланды, надеясь продолжать свою международную деятельность из Гааги. В 1940 году он и его ассистентка сумели бежать из горящего Роттердама на лодке в Англию – нацисты вошли в Гаагу спустя несколько часов после его бегства. После войны предпринимались попытки возобновить деятельность кружка, но внезапная смерть Нейрата в декабре 1945 года положила им конец. Позитивизм как философское течение еще продолжал свое существование под новым названием «логического эмпиризма», но великая мечта Венского кружка о всемирном политическом, философском и научном позитивистском движении была мертва.

Если еще и оставались какие-то надежды на возрождение международного объединения вокруг позитивизма, они быстро рассеялись в послевоенной политической атмосфере Соединенных Штатов. После Второй мировой войны там стремительно распространилась антикоммунистическая истерия, а начавшаяся холодная война остудила активность во всех областях интеллектуальной деятельности, не исключая и философию. Движение «Единство науки», с его леволиберальной политической направленностью, антирелигиозной философией, интернационалистскими устремлениями, казалось некоторым подозрительно похожим на какой-то прокоммунистический левый фронт. В эпоху всеобщего ужаса перед «красной угрозой», как раз когда по тем же причинам отправили в ссылку Дэвида Бома, в руководимом Дж. Эдгаром Гувером ФБР составлялись досье на Карнапа, Франка и других светил позитивизма. Испытывая сильнейшее давление, заставлявшее их воздерживаться от любой политической деятельности, позитивисты были принуждены сосредоточиться исключительно на вопросах логики и философии науки – на том, что их оставшийся в таком далеком прошлом манифест когда-то назвал «ледяными вершинами логики»[450].

Но последний удар позитивизму нанесли не внешние геополитические силы и не роковая разрушительная случайность – он был нанесен изнутри самой философии. Новое поколение философов нашло новые аргументы против ряда центральных положений позитивизма, аргументы, которые обнажили несостоятельность верификационной теории смысла и инструменталистского подхода к науке – и заставили философов науки отвернуться от копенгагенской интерпретации.

* * *

Одним из молодых философов, посетивших Венский кружок в пору его расцвета, был блестящий американский студент с невероятным именем Уиллард Ван Орман Куайн. В 1932 году он написал докторскую диссертацию по математической логике в Гарварде, а на следующий год получил грант на поездку в Европу. Там он познакомился со Шликом, Франком, Айером и другими ведущими позитивистами. Шесть недель он учился у Карнапа в Праге – «мой первый поистине значительный опыт интеллектуального воспламенения живым учителем, а не мертвой книгой»[451], говорил Куайн об этом впоследствии. Вернувшись из Европы «верным учеником Карнапа»[452] (и с семью долларами в кармане), Куайн снова отправился в Гарвард и стал вести там занятия по позитивистской философии. Кроме того, он получил важные результаты в области математической логики. Но пока Куайн работал и преподавал – с перерывом на период Второй мировой войны, когда он занимался взламыванием кодов шифровок, перехватываемых с нацистских подводных лодок, в нем зрели и накапливались сомнения в позитивистской догме. Наконец в 1951 году плотину прорвало: Куайн написал работу, которая поставила позитивизм на колени.

Статья Куайна «Две догмы эмпиризма» метила в самое сердце позитивистской программы – верификационную теорию смысла[453]. Куайн обратил внимание на то, что не существует способа проверить единичное утверждение – все попытки верифицировать утверждение неизбежно включают в себя предполагаемую истинность других утверждений, которые сами отягощены той же проблемой. Пусть, например, пульт дистанционного управления вашим телевизором не действует – телевизор не включается. Вы подозреваете, что у пульта сели батарейки. Вы можете это проверить, сменив батарейки, и попытаться снова включить телевизор при помощи пульта. Вы делаете это – телевизор заработал. Значит ли это, что вы были правы? Нет. Вполне возможно, что батарейки в пульте вовсе не были разряжены. Например, в пульте случилось короткое замыкание и он то работает, то нет, какие бы батарейки вы в него ни вставляли. А может, старые батарейки вставлены не тем концом, а вы этого не заметили – просто вытащили их, а новые вставили правильно. Или, может, произошло что-то более экзотическое: телевизор на самом деле сразу включился, когда вы в первый раз попробовали включить его пультом, но таинственным образом изображение стало инфракрасным, а звук передавался в ультразвуковом диапазоне, так что вы ничего не видели и не слышали. После того как вы сменили батарейки, телевизор вернулся в нормальный режим – но не потому, что вы их сменили. Последний случай выглядит очевидно нелепо – как же это могло случиться? Но дело по-прежнему в том, что, проверяя работу батареек в пульте, вы предполагаете действительными множество разнообразных фактов окружающего мира – все ваши предположения основаны на вашем предыдущем опыте, и любое из них может, в принципе, оказаться неверным. И конечно, это справедливо не только для предположений о батарейках в дистанционном пульте; так происходит верификация любого утверждения. Выглядывая в окно и говоря «На дворе дождь», вы предполагаете, что ваш взгляд сквозь оконное стекло дает вам точную картину мира за окном, что ваши глаза функционируют правильно и что потемневший дневной свет и падающие капли действительно связаны с дождевой тучей, а не с космическим кораблем пришельцев, загородившим Солнце и брызгающим на вашу лужайку какой-нибудь экзотической субстанцией. Итак, вы никогда не можете проверить отдельное утверждение: вы всегда упираетесь в верификацию всей полноты вашего знания о мире или, по крайней мере, очень большой части этого знания. Как говорит об этом Куайн, «наши утверждения о внешнем мире предстают перед трибуналом нашего чувственного опыта не индивидуально, но только в виде корпоративного единства»[454].

Отправив верификационную теорию смысла в нокдаун, Куайн переходит к опровержению идеи о том, что говорить о ненаблюдаемых вещах бессмысленно. Неверифицируемые утверждения должны иметь смысл, так как все индивидуальные утверждения неверифицируемы. Следовательно, столь ненавистная позитивистам «метафизика» триумфально возвращается: становится вполне возможно говорить о физических объектах, существующих независимо от говорящего, а не только о его ощущениях.

Работа Куайна придала смелости и другим мыслителям, сомневавшимся в логическом позитивизме[455]. Одним из них был младший коллега Куайна по Гарварду Томас Кун. Работая над своей книгой «Две догмы», Кун подолгу беседовал с Куайном, чьи аргументы произвели на него глубокое впечатление. Статья Куайна «сильно подействовала на меня – как раз в это время я пытался решить проблему смысла», – говорил он впоследствии[456]. Впервые Кун заинтересовался историей и философией науки, еще будучи студентом магистратуры в области физики твердого тела. В связи с тем, что его назначили ассистентом преподавателя нового курса истории науки, ему пришлось прочесть «Физику» Аристотеля. В этой книге Кун нашел странный мир, в котором тяжести падали потому, что пытались вернуться в свое «естественное положение» в центре Вселенной – на Земле. «Сначала то, что говорил Аристотель, приводило меня в замешательство; но это длилось до тех пор, пока – и я живо помню этот момент – до меня вдруг “дошло”, и я нашел путь к пониманию, путь, на котором философия Аристотеля приобретала смысл», – вспоминал Кун[457]. Он внезапно осознал, что перед ним результат работы первоклассного ума, стремящегося понять законы окружающего его физического мира, совсем как это делает современный ученый. Основное отличие заключалось в том, что Аристотель начал свою работу с позиций совершенно иного мировоззрения, в рамках которого его идеи были наполнены богатым содержанием. Кун пришел к убеждению, что вся выстроенная им в мозгу схема научного прогресса, к которой он пришел в результате прохождения курса физики, примитивно-карикатурна и просто неверна. Прогресс науки не состоит в том, чтобы просто нагромождать одну успешную теорию на другую. Это гораздо более сложный и тонкий процесс.

После того как в 1949 году Кун защитил докторскую диссертацию, он полностью сменил область научных интересов, сделавшись историком и философом науки. Посвятив несколько лет исследованиям истории физики, в частности периода, последовавшего за коперниканской революцией, он занялся развитием приобретенного им нового взгляда на науку, который шел вразрез с позитивистской концепцией научного прогресса. Ирония ситуации в том, что именно позитивисты и предоставили ему прекрасную возможность заняться этим. Чарлз Моррис, американский позитивист, который когда-то помог Карнапу перебраться в Америку, связался с Куном и попросил его принять участие в написании монографии по истории науки для «Международной энциклопедии объединенной науки», все еще существующего, хотя и еле живого проекта, начатого Нейратом более двадцати лет назад[458]. К тому времени Моррис уже несколько лет безуспешно пытался найти кого-то, кто взялся бы за эту книгу. Ее рабочее название было «Структура научных революций»[459].

Несмотря на то что книга Куна вышла в рамках энциклопедии Нейрата, содержавшиеся в ней идеи полностью расходились с позитивистскими взглядами на науку. Кун доказывал, что как наблюдаемое, так и ненаблюдаемое содержание систем научного мировоззрения, которые он называет «парадигмами», оба играют важнейшую роль в практике науки. Эти научные парадигмы влияют на то, какие выполняются эксперименты, по каким правилам они выполняются и как интерпретируются их результаты. Если вернуться к примеру с неработающим пультом дистанционного управления, замену батарейки следует признать разумной мерой, так как то, что вы знаете о таких пультах, телевизорах и батарейках, предполагает, что разрядившиеся батарейки – самая вероятная причина того, что пульт не работает. Тот же запас сведений – ваша «парадигма систем домашних развлечений» – говорит вам, что невозможно, чтобы ваш телевизор вдруг начал показывать в инфракрасных лучах, а звуки передавал в ультразвуковом диапазоне. Кун доказывал, что подобным же образом парадигмы определяют и научную практику. Например, в XIX столетии химики верили в атомную теорию, согласно которой существует ограниченное число элементов, каждый из которых состоит из идентичных атомов; эти атомы образуют устойчивые соединения с фиксированными отношениями числа атомов каждого элемента. Эти идеи лежали в основе практической работы ученых-химиков того времени и, согласно Куну, обладали силой, позволившей «поставить задачу определения атомных весов, ограничить приемлемые результаты химического анализа и дать химикам информацию о том, что собой представляют атомы и молекулы, соединения и смеси»[460]. На каждом шагу по пути научного познания – построения гипотез, планирования и проведения экспериментов, и даже простого наблюдения результатов этих экспериментов – парадигма атомной теории определяла и одушевляла действия химиков XIX века. И действия эти имели оглушительный успех – элементы периодической таблицы были открыты за десятилетия до того, как физики обнаружили электроны или узнали что-то о структуре атомов. Но ведь согласно наиболее передовым научным данным того времени, атомы были ненаблюдаемы! Следовательно, заключал Кун, имеет значение не только наблюдаемая часть теории – на развитие науки влияет полное содержание научных парадигм. Интерпретация физической теории, например квантовой физики, важна для повседневных практических занятий наукой[461]. Логический позитивизм этой службы сослужить не мог бы.

Что именно хотел бы Кун поставить на место позитивизма, не вполне ясно. Некоторые из его наиболее смелых заявлений, например идея невозможности рационального сравнения конкурирующих научных теорий, были отброшены как ошибочные и не пользовались популярностью у профессиональных философов науки[462]. Но критика Куном позитивизма и его меткие наблюдения, касающиеся научной практики, получили широкое признание. И он был не единственным, кто обратил внимание на эти проблемы: другие философы, в том числе Дж. Дж. К. Смарт, Хилари Патнэм, Карл Поппер, Гровер Максвелл, Норвуд Расселл Хэнсон и Пауль Фейерабенд в конце 1950-х и в 1960-х обрушились на позитивистскую философию науки, перекликаясь друг с другом и указывая на все новые неустранимые погрешности в позитивистском взгляде на научную работу и прогресс. За несколько лет до выхода «Структуры…» Хэнсон предвосхитил некоторые из положений Куна в своей книге «Модели открытия». (Хэнсон и Кун были знакомы друг с другом, и оба в своих книгах отмечали работы друг друга.) Для ситуаций, в которых в науке начинают играть роль ненаблюдаемые сущности, Хэнсон придумал прочно прижившийся термин «нагруженность теорией». Новая генерация философов в целом согласилась с представлением, что научная практика «нагружена теорией» и что история и практика реальной науки являются основным двигателем развития философии науки. И хотя представители этой генерации во многих вопросах расходились друг с другом, между профессиональными философами науки начал формироваться новый консенсус, противостоящая логическому позитивизму концепция, которую они назвали научным реализмом[463].

Научный реализм по сути вполне соответствует своему названию. Этот взгляд основывается на идее, что существует реальный мир, независимый от наших наблюдений за ним, и что наука дает нам его приближенное описание. Когда на место старой научной теории приходит новая, это в целом объясняется тем, что новая теория в некотором важном смысле дает лучшее приближение к истинной природе мира. Нельзя при этом сказать, что мир совершенно нечувствителен к нашим попыткам вызывать и изучать его реакции, – квантовая контекстуальность свидетельствует о том, что наши измерения все же определенным образом воздействуют на мир, но в общем и целом мир идет своим путем, вмешиваемся мы в этот процесс или нет. И содержание этого мира, как наблюдаемое, так и ненаблюдаемое, приблизительно адекватно описывается содержанием наших лучших научных теорий.

«Реалисты» также утверждали, что различие между тем, что доступно наблюдению, и тем, что ему недоступно, не является в научном смысле ни значимым, ни ощутимым. Для позитивистов это, конечно, было настоящей ересью. Ведь некоторые позитивисты доходили до того, что не признавали истинно реальными объекты, видимые в микроскопы, так как они не были воспринимаемы «непосредственно». Сторонники научного реализма считали это нелепым. «Если проводить такую мысль последовательно, то получается, что мы не можем наблюдать физические объекты через театральный бинокль или даже через обычные очки, а кто-то может призадуматься и о статусе того, что он видит сквозь оконное стекло»[464], – писал Гровер Максвелл, один из наиболее яростных защитников научного реализма. Максвелл еще замечал, что сама идея о «принципиальной ненаблюдаемости» чего-то подлежит пересмотру с точки зрения новой теории и новой техники. До эпохи бурного развития оптики и появления микроскопа, указывал он, что-то «слишком маленькое, чтобы быть видимым» считалось бы принципиально ненаблюдаемым. «Именно теория, а значит, сама наука говорит нам, что является или не является <…> наблюдаемым, – писал Максвелл, как бы отзываясь на слова, сказанные Эйнштейном Гейзенбергу. – Не существует априорных или философских критериев разделения на наблюдаемое и ненаблюдаемое»[465].

«Научные реалисты» достигли прогресса в понимании и принятии истории науки и теоретически нагруженной научной практики и быстро разделались и с позитивистскими идеями о функционировании науки вроде инструментализма и операционализма. «Реалисты» показали, что если определения научных понятий в конечном счете сводятся к операциям, то не существует способа как-либо улучшить измерительные процессы, да и просто даже проектировать их – ведь это потребовало бы выхода за пределы операционалистского определения. Если, например, длина определяется как то, что измеряют имеющиеся у нас линейки, то невозможно спроектировать улучшенную линейку – ее все равно придется контролировать при помощи наших идеальных по определению линеек. Но ученые постоянно совершенствуют свои измерительные приспособления и изобретают новые! Идеи длины, времени, массы и так далее не просто определяются при помощи экспериментальных операций – они внутренне присущи теории, используемой для проектирования и проверки новых измерительных приспособлений.

Развенчание «реалистами» операционализма не было чем-то совершенно новым – научная практика и достигнутые наукой успехи давно уже заставили многих позитивистов, включая Карнапа, отказаться от этого подхода как чрезмерно упрощенного. Но инструментализм, воззрение, в соответствии с которым наука – это просто инструмент организации и предсказания результатов восприятия, а метафизическое содержание теории не является необходимым, по-прежнему разделялось многими позитивистами. Реалисты эту точку зрения тоже считали несостоятельной. Если ненаблюдаемое «метафизическое» содержание наших лучших научных теорий – такое, например, как электроны, – в действительности не имеет вообще никакого отношения к реальному содержанию мира, почему тогда научные теории работают? В самих теориях предполагается объяснение наблюдаемых нами явлений на основе ненаблюдаемых сущностей. Но если эти ненаблюдаемые сущности на деле являются всего лишь удобными образами, которые сопровождают «реальное» содержание теории (то есть предсказания явлений наблюдаемого мира), и эти образы на деле никак не согласуются с содержимым реального мира, тогда выходит, что нам просто поразительно повезло, что наши теории работают так хорошо!

Возьмем пример. Если зажечь магниевую свечу и воткнуть ее в смесь железной ржавчины и алюминиевого порошка, начнется неуправляемая химическая реакция, при которой произойдет ослепительная вспышка, а температура реагентов быстро достигнет примерно 2500 °C – почти половины температуры поверхности Солнца. Железо и алюминий подойдут к своим точкам кипения. Это фантастически красивое и опасное явление (серьезно: никогда не пытайтесь его осуществить!) называется термитной реакцией. Но дальше оно становится еще более фантастическим: невероятно интенсивную термитную реакцию невозможно остановить, и, что бы вы с ней ни делали, она продолжается до тех пор, пока не истощится участвующее в ней количество ржавчины и алюминия. Можно поместить горящее вещество под воду, засыпать его песком, даже поместить его в космический вакуум – горение не прекратится. (Одним из главных промышленных применений термита как раз и является подводная сварка.) Дело в том, что для этой реакции не требуется ничего, кроме ржавчины и алюминия, ну разве что еще немного тепла для ее начала (для этого и нужна магниевая свеча).

Термитная реакция происходит, потому что алюминий отчаянно стремится реагировать с кислородом. В ржавчине нет ничего, кроме железа и кислорода, поэтому алюминий отдирает кислород от ржавчины – образуются окись алюминия, железо и огромное количество теплоты. По крайней мере, так нам объясняет все происходящее квантовая химия. Но для инструменталиста это объяснение не является настоящим ответом на вопрос «что происходит?». Никакого «настоящего» ответа инструменталист вообще не предполагает получить. Все, что ему нужно, – это знать, что квантовая химия правильно предсказывает бурную реакцию в результате засовывания магниевой свечи в кучку ржавчины и алюминия. Более глубокое объяснение, в частности ответ на вопрос, почему алюминий так отчаянно стремится соединиться с кислородом, – ответ, который дает квантовая химия и который связан с электронными орбиталями, – инструменталисту не только неинтересен, он просто не имеет отношения к реальности.

Но если объяснение, которое дает квантовая химия термиту, не имеет отношения к реальности, значит, у инструменталиста имеется серьезная проблема. Ведь теория не просто предсказывает, что произойдет термитная реакция, – она предсказывает, и очень подробно, как она произойдет и что именно будет происходить. Она объясняет, насколько горячей должна быть магниевая свеча, чтобы запустить реакцию. Она точно описывает, до какой температуры дойдет реакция и сколько она будет длиться. Она даже рассказывает о том, какие еще виды ржавчины (окиси различных металлов) можно использовать в сочетании с алюминием и как именно это изменит параметры реакции. И все эти убийственно подробные ответы, даваемые квантовой химией с точностью до пятого знака после запятой, объясняются поведением электронных орбиталей в атомах, составляющих исходный металлический порошок. Вы, конечно, можете оставаться инструменталистом и отрицать, что электронные орбитали реальн, – но как тогда вы сможете объяснить изумительное согласие между теоретическими предсказаниями и экспериментальными результатами? Если атомы и электронные орбитали нереальны, тогда почему же квантовая химия так великолепно объясняет все подробности термитной реакции? «Если инструментализм верен, нам придется поверить в космическое совпадение, – говорил Дж. Дж. К. Смарт. – Разве не странно, что явления нашего мира должны быть именно такими, чтобы чисто инструментальная теория оказалась верна? С другой стороны, если мы интерпретируем теорию реалистическим образом, надобности в этом космическом совпадении больше не будет <…> и множество неожиданных фактов перестает выглядеть неожиданными»[466]. Явно испытывая некоторое нетерпение по отношению к инструментализму, Смарт продолжает:

«Представьте себе, что сыщик находит множество следов, пятен крови и так далее. Если бы преступник был теоретической фикцией, необходимой для того, чтобы связать друг с другом найденные следы и пятна крови, то было бы слишком самонадеянно предполагать, что из этого можно сделать верные предсказания новых следов, пятен крови и даже оброненных пятифунтовых банкнот. Но если преступник действительно существовал, такие предсказания никого бы не удивили»[467].

Хилари Патнэм выразил то же самое более лаконично. «Реализм, – заявил он, – это единственная философия, для которой успехи науки не являются чудом»[468].

* * *

Смарт считал позитивизм проблематичным не только в философском смысле – вслед за Фейерабендом он видел, что создает и чисто практические трудности.

«Позитивистская позиция часто становится враждебной прогрессу, – писал Смарт в 1963 году. – Позитивизм вполне мог бы поддержать теорию Птолемея [геоцентрическую модель Вселенной] против Коперника – ведь во времена Коперника она лучше предсказывала небесные явления. Позитивисты поддерживали феноменологическую термодинамику и сопротивлялись [атомной] теории газов. А сегодня они a priori встречают в штыки любые попытки построить альтернативу доминирующей копенгагенской интерпретации квантовой механики»[469]. Для Смарта, Патнэма, Фейерабенда и других ведущих философов современности это было серьезной проблемой – ведь с крахом позитивизма копенгагенская интерпретация становилась незащищаемой. Как мог бы наш повседневный реальный мир включать в себя в качестве составной части мир квантовый, в котором не было ничего реального? «Яркий и неопровержимый довод в пользу того, чтобы отказаться считать элементарные частицы теоретической условностью, – писал Смарт, – заключается в том, что если предмет описания квантовой механики нереален, то выполнение макроскопических законов <…> оказывается слишком удивительным совпадением, чтобы в него можно было поверить»[470].

Была и еще одна проблема: наиболее прямым и кратчайшим путем к тому, чтобы сделать «измерение» фундаментом теории, оказывался путь операционалистский – но операционализм с полной очевидностью обнаружил свою ошибочность. «Измерения представляют собой подкласс физических взаимодействий – не более и не менее, – писал Патнэм в 1965 году. – В удовлетворительной физической теории “измерение” никогда не может быть термином неопределяемым и измерения никогда не могут подчиняться никаким “окончательным” законам, кроме законов, которым “в окончательном смысле” подчиняются все физические взаимодействия»[471]. Разрешить эту проблему путем проведения раздела между квантовым микромиром и макромиром повседневной классической физики, на чем когда-то настаивал Бор, тоже не получалось. «Этим мы не добьемся ничего, кроме того, что вновь переведем проблему на язык классической физики, где она останется в точности той же проблемой <…>; это предложение совершенно неприемлемо, – говорил Патнэм. – Вряд ли мы можем ссылаться на одну теорию (классическую физику), исходя из основных положений другой (квантовой физики), если первая теория считается неверной, а вторая предназначена для того, чтобы заменить первую <…> Квантовая механика, если она верна, должна быть применима к системам произвольного размера <…> В частности, она должна быть применима и к макросистемам»[472]. Но если это так, продолжал Патнэм, то «как быть с наблюдаемыми макрообъектами, которые на долгое время изолированы от нас, например с системой, состоящей из космического корабля со всем его содержимым, отправленного в межзвездное пространство? Мы же не можем серьезно полагать, что космический корабль начинает существовать, только когда он снова становится наблюдаемым с Земли или другой внешней системы?»[473] Для копенгагенской интерпретации измерения были серьезной проблемой. Смарт признавал это, подвергая уничтожающей критике идею, что измерения должны описываться в классических терминах:

«Сторонники копенгагенской интерпретации микрофизики неразрывно связаны с физикой классической. Они утверждают, что, коль скоро мы интерпретируем наши наблюдения, опираясь на физику макроскопических инструментов, этот подход не должен меняться вне зависимости от любых достижений микрофизики. Что это не так, можно показать (как это сделал Фейерабенд), поставив простой вопрос: почему мы должны руководствоваться классической физикой? Почему, например, не физикой Аристотеля или даже не физикой чернокнижников, которая когда-то считалась просто “научным здравым смыслом”? Подобным же образом мы должны отбросить и представление, что священные и неприкосновенные законы, объясняемые теориями микромира, существуют на [инструментальном] или макроскопическом уровне. Мы должны заключить <…>, что теории микромира могут прямо объяснять наблюдения, такие, например, как исход эксперимента с двумя щелями»[474].

Смарт и Патнэм трезво осознавали, какие трудности встают перед любой альтернативой копенгагенской интерпретации. «Любая реалистическая философия теоретических сущностей не должна быть чересчур наивной. Она должна принимать во внимание весьма значительные трудности, связанные с неинструменталистской интерпретацией физики, – писал Смарт. – Возможным путем ухода от этой дилеммы может быть развитие детерминистической теории микрофизики в направлениях, предвосхищенных такими авторами, как Д. Бом и Ж.-П. Вижье»[475]. Патнэм соглашался с тем, что «с [квантовой] теорией что-то не так»[476]. Но он думал, что доказательство фон Неймана лишило силы предложенную Бомом интерпретацию на основе волн-пилотов – в это время полученное Беллом опровержение этого доказательства все еще лежало в столе у редактора[477], – а о многомировой интерпретации Эверетта он, как Смарт и почти все остальные, вообще ничего не слышал. Поэтому Патнэм заключал, что «на сегодня не существует ни одной удовлетворительной интерпретации квантовой механики»[478]. Но он надеялся, что эта проблема будет решена. «Человеческая любознательность не успокоится, пока на вопрос [о квантовой интерпретации] не будет найден ответ <…> Попытка сделать первый шаг в этом направлении предпринята здесь. Это скромный, но существенный шаг к тому, чтобы ясно представить себе природу и масштаб предстоящих на этом пути трудностей»[479].

Именно это и было по-прежнему неясно физикам. Философы успешно преодолели позитивизм и добились глубокого осознания математических тонкостей квантовой физики, но физики оставались зашоренными, отделенными от философии и ее достижений стеной непонимания. Они не имели ни малейшего представления о том, что в ней происходит. Поколение Эйнштейна и Бора в философии было хорошо подковано, но происшедший после Второй мировой войны сдвиг в сторону узкой специализации наложил свой отпечаток на образование свежей поросли физиков. В эпоху послевоенного образовательного бума академические факультеты фрагментировали, разбивали на изолированные специальности, и физики, соблазняемые щедрыми грантами и погруженные в сложные прикладные вычисления, в целом не проявляли к философии никакого интереса. Физика упорно продвигалась вперед, ничего не зная о революции, которая произошла, по сути, в смежной с ней области. И это философов, вообще говоря, ничуть не удивляло. «Если бы не то, что философские возражения против копенгагенской интерпретации (которые состояли всего лишь в выявлении позитивистских установок) могли помочь в реальных трудностях, с которыми сталкивалась квантовая механика, – писал Смарт, – то эти возражения, конечно, были бы признаны физиками неудовлетворительными»[480]. Если бы физикам пришлось обратить внимание на проблемы, связанные с самими основаниями их науки, на карте оказалось бы нечто гораздо большее, чем просто философия. Тогда появилась бы возможность полностью перевернуть общепринятую физику, найти нечто фундаментально новое, нечто сияющее и восхитительное, нечто, опирающееся по преимуществу на лабораторный эксперимент, – нечто вроде решающей проверки идей Джона Белла.

Часть III

Великая задача

Цель остается той же: понять устройство мира. Ограничить квантовую механику одними только мелкими лабораторными операциями – значит предать великую задачу. Серьезная физическая идея не может не касаться большого мира за пределами лаборатории.

Джон Белл, 1989

9

Подземная реальность

В Нью-Йорке стояло Лето Любви[481], а Джон Клаузер сидел в душном кабинете Годдардовского института космических исследований на 112-й стрит, выпытывая секреты у самого древнего излучения Вселенной. Клаузер, студент-физик Колумбийского университета, пытался измерить параметры недавно открытого космического микроволнового фона, «эха» Большого взрыва. Это была трудная и кропотливая работа на переднем крае науки – CMB[482], реликтовое микроволновое излучение[483], слабый постоянный радиошум, приходящий из всех точек неба, был открыт всего за три года до этого двумя физиками из лабораторий Белла. С тех пор лишь еще одной группе исследователей удалось его повторно зарегистрировать. Клаузер и его научный руководитель, Патрик Таддеус, хотели стать третьими, кто услышал отзвук рождения Вселенной, и сделать это более точно, чем те, кто слышал его до них. Но в один из дней 1967 года Клаузеру досталась находка совершенно иного рода. Разыскивая в библиотеке Годдардовского института последние публикации по своей теме, он наткнулся на журнал с необычным названием Physics Physique Fizika, заинтригованный, стал его листать, и взгляд его упал на интересный заголовок. Это была статья некоего Дж. С. Белла «О парадоксе Эйнштейна – Подольского – Розена».

Клаузер был молод, порывист, обладал гибким умом. Он уже давно сомневался в верности копенгагенской интерпретации. Но его отец Фрэнсис, который вместе со своим братом-близнецом Милтоном когда-то получил докторскую степень по аэронавтике в Калтехе, учил Джона осторожному скепсису. «Сынок, опирайся на данные, – говорил он. – Люди обожают всякие экстравагантные теории, но всегда стоит вернуться к исходным данным и посмотреть, придешь ли ты сам к тем же выводам[484]… Здравый смысл часто может оказаться неподходящим для интерпретации того, что мы наблюдаем»[485]. Фрэнсис занимался физикой жидкостей и с подозрением относился к математически простой, но плохо поддающейся визуализации квантовой теории. «Между математическими аппаратами гидродинамики и квантовой механики очень много общего, но папа не понимал квантовой механики, – вспоминал Клаузер-младший. – Он создал у меня ложное ощущение, что я мог бы сам заняться решением этой проблемы, хотя на деле до этого мне было далеко»[486]. Когда Джон отправился в Калтех, он изучал там квантовую теорию под руководством самого Ричарда Фейнмана, но так и не смог избавиться от подозрения, что в ней что-то не так. Эти сомнения оставались с ним и в докторантуре Колумбийского университета, когда он больше узнал о спорах, не прекращавшихся вокруг квантовой физики с самого момента ее появления. «Мне <…> стоили больших усилий попытки понять квантовую механику. Я уже прочел и статью ЭПР, и работу Бома, и де Бройля. С пониманием копенгагенской интерпретации дело шло плохо, аргументы ее критиков в то время казались мне гораздо более разумными, – вспоминал Клаузер. – Доводы ЭПР выглядели гораздо убедительнее, чем доводы Бора <…>. Скрытые переменные представлялись мне тогда идеальным логическим решением вопроса. Из-за того что я придерживался этого мнения <…>, одни, конечно, считали меня еретиком и отщепенцем, а другие – просто шарлатаном»[487].

Если вспомнить обо всем этом, станет понятно, почему название короткой статьи Белла сразу привлекло внимание Клаузера, а элегантное доказательство, приведенное в ней, стало для него настоящим шоком. «“Этого просто не может быть”, говорил я себе, – вспоминал потом Клаузер. – Я был уверен, что найти контрпример будет нетрудно; но, как я ни старался <…>, найти его не мог. Ладно, думал я, значит, Белл наврал в самом доказательстве. Но и здесь я тоже не мог обнаружить никакой ошибки. Так я метался между этими двумя возможностями, как вдруг наконец меня осенило: господи, да ведь это же важнейший результат!»[488] И Клаузер, физик-экспериментатор до мозга костей, сразу же задумался – нельзя ли идею Белла проверить на опыте?

Клаузер понимал: вполне возможно, кто-то уже непреднамеренно протестировал теорему Белла в ходе какого-то другого эксперимента. Но даже если было не так, Клаузер решил заняться поисками соответствующей литературы – возможно, она подскажет ему, как именно лучше всего поставить такой опыт. Он уже знал, что эксперимент, подобный мысленному опыту ЭПР, провела пятнадцать лет назад знаменитая Ву Цзяньсюн, физик-ядерщик, профессор Колумбийского университета. Клаузер спросил Ву, не располагает ли она какими-либо неопубликованными данными, оставшимися от ее эксперимента, которые можно было бы использовать для проверки теоремы Белла. Оказалось, что таких данных нет и что этот опыт не мог быть легко адаптирован для такой цели[489]. Тогда Клаузер прошел несколько кварталов к северу и оказался в Иешива-университете, где друг познакомил его с молодым профессором Якиром Аароновым, бывшим студентом Бома. Когда Клаузер сказал Ааронову, что надеется проверить теорему Белла, его собеседник «посчитал, что это действительно довольно интересная идея и что это стоит сделать», – вспоминал Клаузер. Но Ааронов был физиком-теоретиком, работал над собственными задачами, и большой помощи от него ждать было нельзя. В конце концов один старый приятель по колледжу рассказал Клаузеру о группе физиков из MIT, которые делают что-то, что вроде бы можно адаптировать для проверки теоремы Белла. Клаузер поехал к ним в Кембридж и сделал там доклад о статье Белла. После выступления его представили Карлу Кохеру, новоприбывшему постдоку[490]. «Кохер только что окончил докторантуру в Беркли под руководством Джина Комминса. И там они как раз экспериментировали с корреляцией поляризации фотонов, – вспоминал Клаузер. – Физики из MIT рассказали мне об эксперименте Карла и спросили: “Может, это тебе на худой конец подойдет?” А я такой: “Чуваки, да это же именно то, что надо!”»[491] Читая статью, которую Кохер и Комминс когда-то написали о своем эксперименте, Клаузер понял, что таким способом действительно можно было бы проверить выполнение теоремы Белла, но экспериментаторы этим не воспользовались. «Я смотрел на результаты, полученные Кохером и Комминсом, и видел, что авторы, конечно, понятия не имели о содержании теоремы Белла»[492]. Немного усовершенствовав схему опыта, Клаузер смог адаптировать его для тестирования теоремы.

Довольный тем, что ключевой эксперимент никем не был выполнен, но что выполнить его можно, Клаузер отправился обратно в Колумбийский университет посоветоваться со своим научным руководителем Патом Таддеусом. Тот уже учуял направление необычной «посторонней» деятельности Клаузера. «Он был в ярости, – вспоминает Клаузер. – Первым, что он мне сказал, было: “Слушай, это все чушь. Я тебе скажу, что делать: напиши письмо Беллу, де Бройлю и всем этим чувакам, они тебя просветят. Все это напрасная трата времени, поверь мне”»[493]. Поэтому в Валентинов день 1969 года Клаузер написал «валентинку» Беллу. В ней он спрашивал, не думает ли Белл, что стоит провести опытную проверку его неравенства, и не знает ли он о каких-нибудь уже существующих экспериментальных результатах по этой теме. Еще Клаузер рассказывал о предлагаемом им расширении эксперимента Кохера – Комминса, которое могло бы обеспечить такую проверку. Для Белла это письмо стало первым письменным отзывом о его работе за четыре года, прошедших с момента ее публикации[494]. Спустя несколько недель в Институт космических исследований на имя Клаузера пришло письмо из ЦЕРНа. Белл ответил ему.

«Думаю, что эксперимент, который вы предлагаете провести, очень, очень интересен. Мне ничего не известно о других подобных экспериментах, – писал Белл. – Ввиду общего успеха, достигнутого квантовой механикой, мне очень трудно сомневаться в их исходе. Однако я все же очень хотел бы, чтобы эксперименты, в которых производится прямая проверка ключевых квантовых концепций, были выполнены и результаты их опубликованы». Белл, весьма близко знакомый с «кухней» квантовой физики, понимал – вряд ли можно ожидать, что квантовая теория окажется неверной. Но он лучше, чем кто-либо другой, чувствовал и сумасшедшие надежды юнца, письмо которого свалилось на него так нежданно. «Не будем забывать, – так заканчивал он свое письмо, – что всегда есть маленький шанс получить неожиданный результат, который потрясет мир!»[495]

«Политическое мышление моего поколения формировалось под влиянием вьетнамской войны, – писал позже Клаузер. – Я был юным студентом, живущим в революционную эру[496], и, естественно, мечтал о том, чтобы “потрясти мир”!» Внутренне Джон Клаузер уже принял решение. Он выполнит эксперимент – и, может быть, докажет, что квантовая физика ошибочна.

* * *

В это же самое время по другую сторону Атлантики похожие сомнения по поводу копенгагенской интерпретации испытывал молодой немецкий физик по имени Дитер Зех. «Процесс развивался медленно – он совсем не походил на внезапное озарение, – говорил он потом. – Эти сомнения одолевали меня всегда, но, конечно, я и подумать не смел о том, чтобы сделать из них вывод типа “все эти люди просто спятили”»[497]. Задумчивый, скромный и неизменно вежливый, Зех был совершенно не похож на шумного и порывистого Клаузера, если не считать их общего скепсиса по отношению к копенгагенской идее. Каждодневная работа Клаузера, астрофизика-наблюдателя, состояла в сборке и тестировании чувствительного экспериментального оборудования. Зех, напротив, занимался теоретической ядерной физикой. Его работой были подробные квантовые вычисления; он чувствовал себя как дома в мире абстрактной математики, на которой строилась квантовая физика. Различия между этими двумя молодыми людьми отражались и в их конечных целях. Клаузер чувствовал себя в квантовой физике очень неуверенно и собирался дать ей бой в лаборатории, доказав ошибочность ее установок. Зех понимал квантовую теорию до тонкостей и чувствовал, что в ее глубине таится нечто поистине неожиданное.

Зех уже давно ломал голову над одной проблемой ядерной физики: ситуацией, когда атомное ядро оказывалось в положении суперпозиции, подобном положению кота Шрёдингера, и имело сразу несколько направлений движения. В то же время протоны и нейтроны внутри этого ядра были в высокой степени запутаны друг с другом, так что найти положение лишь одного из них означало бы определить положение и всех остальных. «Я стал думать, – вспоминал Зех. – Я сказал себе: представим, что Вселенная – это замкнутая система вроде атомного ядра. Для меня это был очень важный шаг»[498]. Зех, конечно, не думал, что Вселенная буквально была отдельным атомным ядром. Но он понимал, что общая идея – система в состоянии суперпозиции, при том что компоненты этой системы сильно запутаны, – могла бы объяснить, как происходит измерение в квантовой физике, не прибегая ни к одному из трюков, используемых в рамках копенгагенской интерпретации, вроде коллапса волновой функции или разделения физики на микро– и макрофизику. Будем рассматривать измерительный прибор как квантовую систему, а акт измерения как нормальное физическое взаимодействие, и квантовая физика скажет нам, что измерительное устройство станет сильно запутанным с объектом, которое подвергается измерению, а вся система «измерительное устройство и измеряемый объект» окажется в состоянии кота Шрёдингера. Но, понял Зех, этим дело не кончается: измерительный прибор взаимодействует еще и с экспериментатором, и со всем остальным в лаборатории, и, наконец, со всей Вселенной! Поэтому, когда малая квантовая система сильно взаимодействует с крупным объектом, то в конечном счете в положении кота Шрёдингера оказывается вся Вселенная, которая расщепляется на ветви «мертвого» и «живого» кота. Обитатели каждой из этих ветвей Вселенной видят только один исход измерения: дохлого кота или живого, в зависимости от того, в какой из ветвей они оказались. Но волновая функция не коллапсирует, а различные ветви Вселенной имеют исключительно малую вероятность взаимодействия друг с другом. «Если вы выполняете измерение, вы получаете запутанность между системой, устройством и наблюдателем, – говорил Зех. Наблюдатель видит лишь один компонент [состояния кота Шрёдингера], а не суперпозицию всех остальных. И это решает проблему измерения»[499]. Сам не зная того, Зех походя заново изобрел многомировую интерпретацию Эверетта – а одновременно разработал и сложный математический аппарат, описывающей взаимодействия между микроскопическими квантовыми системами, такими как атомы, и окружающими их относительно крупными квантовыми объектами: камнями, деревьями и измерительными устройствами. Это, в свою очередь, позволило ему объяснить, почему различные ветви универсальной волновой функции не взаимодействуют между собой, причем сделал это гораздо подробнее, чем удалось Эверетту. Примененный Зехом подход к описанию взаимодействий позже назвали «декогеренцией».

Зех с увлечением погрузился в разработку своих идей декогеренции и универсальной волновой функции. Но он не видел, как его работа могла бы найти отклик среди физиков. «Конечно, с коллегами поделиться таким было невозможно, – рассказывал Зех. – “Эй, – сказали бы они, – да ты просто спятил!” Они и раздумывать не стали бы над этим[500], просто отмахнулись бы». И Зех решил показать работу своему наставнику, Й. Хансу Йенсену, нобелевскому лауреату по физике, который несколько лет назад был научным руководителем докторской диссертации Зеха в Гейдельберге. Однако квантовой теорией измерений Йенсен никогда не занимался, поэтому он послал статью Зеха своему другу, который в этой тематике разбирался лучше: Леону Розенфельду, когда-то бывшему правой рукой Бора, неистовому защитнику копенгагенской интерпретации. Розенфельд, когда-то оскорбительно отзывавшийся о Боме и презрительно – об Эверетте, оказался ничуть не добрее и к Зеху. «У меня есть правило на всю жизнь: никогда не наступать никому на ногу, можно ведь и палец прищемить, – писал он Йенсену, – но присланный мне препринт, написанный каким-то “Пальцем” из твоего института [“Зех” по-немецки значит “палец ноги”], заставляет меня это правило нарушить. У меня есть все основания полагать, что это нагромождение дичайшей бессмыслицы (a concentrate of wildest nonsense) распространяется по свету не с твоего благословения. Думаю, я окажу тебе услугу, если обращу твое внимание на эту досадную неприятность»[501]. Зех знал, что Йенсен написал Розенфельду, но не знал, что именно Розенфельд ему ответил. «Я знал, что Йенсен получил ответ на свое письмо, но мне он его не показал, – рассказывал Зех. – Зато некоторым коллегам он [письмо Розенфельда] показывал, и я замечал, что они над этим письмом хихикали. Мне это казалось очень странным – я понимал, что отзыв, скорее всего, был весьма отрицательным[502], но оказалось, что я и не представлял, до какой степени». Спустя некоторое время Йенсен сказал Зеху, что дальнейшая работа в этом направлении может погубить его, Зеха, академическую карьеру[503]. После этого разговора, по словам Зеха, «наши отношения испортились»[504].

Зех был вежливым молодым человеком, но и упрямым. После уничтожающего письма Розенфельда Йенсену он решил все равно послать свою статью в несколько научно-исследовательских журналов. Получилось не слишком гладко. Один журнал вернул работу с коротким резюме, в котором говорилось, что «статья полностью бессмысленна. Очевидно, что автор не вполне понимает суть проблемы и не знаком с предшествующими работами в этой области»[505]. Другая рецензия утверждала, что «квантовая теория неприменима к макроскопическим объектам»[506]. Некоторые журналы просто вежливо отказывались публиковать статью, не указывая причин. Тогда доведенный до отчаяния Зех послал свою работу одному из нескольких выдающихся физиков, интересовавшихся проблемой квантового измерения: Юджину Вигнеру.

Вигнер все еще работал в Принстоне, где тридцать лет назад, лежа в университетской лечебнице, он впервые услышал о ядерном распаде. За последующие десятилетия звезда Вигнера взошла очень высоко: он стал одним из крупнейших в мире специалистов по математической физике, а в 1963 году получил Нобелевскую премию за вклад в математическое обоснование квантовой физики. Однако все это время Вигнер был сторонником видения квантовой физики, авторство которого он приписывал своему другу и соотечественнику фон Нейману (умершему в 1957 году). Он считал коллапс волновой функции реальным явлением, а тот факт, что это явление не описывается в рамках квантовой теории, указывал, по его мнению, на неполноту этой теории. Обсуждая именно эту ситуацию в одной из своих статей 1963 года, Вигнер одним из первых и употребил выражение «проблема измерения»[507].

Вигнер был убежден, что решение проблемы измерения следует искать в особенностях человеческого сознания, – и эту точку зрения он тоже приписывал фон Нейману. Больше того, Вигнер не видел в этой позиции никаких противоречий – он называл эту точку зрения «ортодоксальной». Постоянные напоминания о том, что его позиция строго ортодоксальна, а также уважение, которым было окружено его имя, принесли свои плоды. Вигнер сумел не допустить того, чтобы его работа была с порога отвергнута широким физическим сообществом, хотя ему и не удалось кого-нибудь убедить, что сознание имеет какое-то отношение к коллапсу волновой функции. Но Вигнер не был догматиком. Ему нравилось носиться с разными идеями насчет того, как работает квантовая физика и как ее следует интерпретировать. И он потратил больше времени на освещение реально существующих трудностей вокруг проблемы квантовых измерений, чем на продвижение собственного решения этой проблемы. В конце 1950-х и в 1960-х Вигнер опубликовал несколько статей, подробно анализирующих природу проблемы квантового измерения, и указал в них на недостатки в ряде предложенных решений, авторы которых объявляли, что решили проблему, не выходя за рамки копенгагенской интерпретации и не внося никаких дополнений в математический формализм теории. Это не добавило ему симпатий среди копенгагенцев, особенно с учетом того, что несколькими десятилетиями раньше он позволял себе уничижительные замечания по поводу дополнительности. В 1963 году с Вигнером разделил Нобелевскую премию по физике наставник Зеха Йенсен. На торжественном банкете в Стокгольме они сидели рядом. Разговор зашел об институте Бора, и Йенсен с удивлением услышал от Вигнера: «Меня никогда не приглашали в Копенгаген»[508].

Розенфельд, что неудивительно, не мог стерпеть Вигнеровской ереси. В серии статей, написанных в середине 1960-х, Розенфельд и Вигнер «обменялись любезностями». Розенфельд заявлял, что никакой проблемы измерения не существует и что недавняя работа тройки итальянских физиков в деталях подтвердила изначальную, по словам Розенфельда, позицию Бора: «измерение» возникает всякий раз, когда любая квантовая система контактирует с крупным классическим объектом. Доказательство Розенфельда и итальянцев целиком основывалось на данных неквантовой статистической физики; Вигнер и другие (в том числе Яух, старый «спарринг-партнер» Белла) замечали в ответ, что это просто-напросто неверно – эта математика здесь не работает. Для Вигнера опровергнуть Розенфельда значило не просто бороться с плохой физикой или защитить свою репутацию. Его заботила еще и репутация собственных учеников. Некоторые из них тоже опубликовали работу по проблеме измерения, на которую Розенфельд и «итальянцы» нападали. «Это просто неприлично – сказать о серии работ, что она не вносит существенного вклада в разработку темы, – жаловался Вигнер на итальянцев в письме к Яуху. – Нечего и говорить, что я гораздо меньше беспокоюсь о себе, чем о людях намного младше меня, которым такие высказывания могут испортить будущее»[509]. Но, несмотря на перепалку в физических журналах, у широкой физической общественности не создавалось ощущения, что с копенгагенской интерпретацией что-то не так. Поскольку Вигнер упорно называл свой взгляд «ортодоксальным», всем казалось, что все это споры между ортодоксами. Видимо, существуют разные версии копенгагенской интерпретации, «Копенгагенский» и «Принстонский» лагеря, которые расходятся в определенных деталях квантовой теории измерений, вот и все[510]. Конечно, в конце 1950-х в Принстоне сделано много далеких от ортодоксальности работ по основаниям квантовой физики – главными среди них были работы Бома и Эверетта, – но Вигнер с ними никак не ассоциировался. К тому же консервативные республиканские взгляды Вигнера были диаметрально противоположны политическим позициям Бома – Вигнер даже получил письмо от президента США Никсона с благодарностью за поддержку вьетнамской войны. Так что в Принстоне Бом и Вигнер почти не встречались. С Эвереттом Вигнеру случалось обсуждать вопросы квантовой физики, но договориться им было нелегко. Да к идеям Эверетта и вообще мало кто прислушивался. Для остального мира физиков Вигнер выглядел вполне ортодоксальным квантовым физиком, даром что поддерживал работы учеников и коллег, сомневавшихся в копенгагенской догме.

«Единственным, кто положительно отозвался [о моей статье], был Юджин Вигнер. Я послал ему оттиск, – рассказывал Зех. – Я уже знал, что к копенгагенской интерпретации он настроен критически <…> Он ободрил меня и посоветовал статью опубликовать»[511]. Вигнер предложил Зеху отправить работу в новый журнал «Основания физики» (Foundations of Physics), где он был членом редколлегии. Зех перевел текст на английский и добавил ссылку на работу Эверетта (на которую он наткнулся, пока разбирался в деталях общей теории относительности). Статья Зеха появилась в первом же выпуске «Оснований физики» в 1970 году. Теперь он мог надеяться, что его идеи выслушают с бо́льшим вниманием, чем то, которое им смогли уделить Розенфельд и Йенсен. И долго ждать ему не пришлось.

* * *

Одним из «людей, намного младше него», о защите репутации которых заботился Вигнер, был Абнер Шимони. Свою докторскую степень по физике Шимони получил, работая с Вигнером в Принстоне, однако еще до этого он защитил докторскую диссертацию по философии. Он учился у самого Рудольфа Карнапа в Чикаго, а потом написал диссертацию по философии вероятности в Йельском университете. В ходе этой работы он прочел книгу Макса Борна «Натуральная философия причины и случая», возродившую его давний интерес к физике. «Я перепечатывал свою диссертацию [по философии] (я печатал техническую часть, а моя жена Аннемари – основной текст). После того как я прочел книгу Борна, я сказал ей: “Вот закончу диссертацию, получу степень и пойду опять учиться – надо будет защитить докторскую и по физике”, – вспоминал Шимони. – Любая нормальная жена на это сказала бы: “Знаешь, тебе пора бы и работу поискать”. Но моя жена этого не сказала. Вместо этого я услышал от нее вот что: “Если ты этого хочешь, значит тебе так и надо сделать”. Замечательно, подумал я и ответил ей словами Черчилля: “Это был твой звездный час”[512] <…> Это был акт невероятного снисхождения и понимания!»[513]

Но когда в 1955 году Шимони поступил в докторантуру физического факультета в Принстоне, он быстро понял, что его перспективы в квантовой физике немного отличаются от перспектив большинства аспирантов. «Я хотел писать диссертацию у Уайтмена[514], – рассказывал Шимони. – Первое задание, которое он мне дал, было таким: прочесть статью Эйнштейна – Подольского – Розена и найти ошибку в аргументации…[515] Это была моя первая встреча с работой ЭПР. Ошибок в аргументации я найти не смог. Аргументация показалась мне очень хорошей. Ничего неправильного в статье я так и не увидел»[516].

Шимони быстро обнаружил, что ошеломлен сложностью математического аппарата, применявшегося Уайтменом. Поэтому он решил переключиться на другую область физики. «Я обратился к Вигнеру с просьбой поставить мне задачу из области статистической механики, – вспоминал Шимони. – У работы под руководством Вигнера был один большой плюс: я мог попутно разобраться в его идеях об основаниях квантовой механики, в особенности по проблеме измерения <…> Он занял позицию, противоположную ортодоксальному взгляду того времени и состоявшую в том, что проблема измерения в рамках копенгагенской интерпретации не решена»[517]. Несмотря на то что диссертация Шимони не имела отношения к интерпретации квантовой физики, Шимони сделался неформальным консультантом Вигнера по философии; его советами Вигнер пользовался при написании статей по проблеме измерения. Оба они разделяли отчасти похожие взгляды на этот предмет. «Я уже был склонен сомневаться в правильности копенгагенского решения, – писал Шимони, – так как оно было сродни некоторым позитивистским эпистемологическим аргументам Маха, Расселла, Карнапа, Айера и других, аргументам, которые я уже изучил и отверг <…> Я давно уже был сторонником реализма»[518].

Но Шимони расходился с Вигнером в решении проблемы измерения. Вскоре после того, как в 1962 году он защитил свою диссертацию по физике, Шимони написал посвященную этой проблеме статью, в которой подтверждал, что проблема измерения является реальной, и отвергал идею, что решить ее можно привлечением сознания. «Не существует никакого эмпирического доказательства, что человеческое мышление наделено властью <…> сокращать суперпозиции, – писал Шимони, – и, более того, не существует очевидного объяснения согласия, достигаемого разными наблюдателями, независимо наблюдающими физические системы»[519]. (Шимони никогда не принадлежал к числу тех, кто не решался противоречить своим учителям или воздерживался от высказывания непопулярных мнений: еще когда он в 1940-х учился в средней школе в Мемфисе, он доставлял педагогам много хлопот, беззаветно защищая на уроках эволюционную теорию[520]). Но Вигнер, как и следовало ожидать, вовсе не возражал против проявляемого Шимони нонконформизма – наоборот, именно он убедил Шимони написать статью на эту тему. Шимони, в свою очередь, нуждался в ободрении перед лицом всеобщего и глубокого безразличия к этой тематике, которым в то время отличались физики: «Одобрение Вигнера и признание им значимости исследования оснований квантовой механики, конечно же, были для меня важной моральной поддержкой»[521].

Продолжая работать под руководством Вигнера над докторской диссертацией по физике, Шимони получил место на факультете философии MIT. Здесь он начал вести семинар по основаниям квантовой физики для студентов, получающих степень бакалавра. Он также завязал знакомства на физических и философских факультетах нескольких других университетов в Бостоне и его окрестностях. Поэтому он не очень удивился, когда в середине 1964/65 учебного года получил по почте препринт статьи, написанной Джоном Беллом, физиком из ЦЕРНа, стажирующимся в университете Брандейса. «Еще одна экстравагантная статья неизвестно от кого, подумал я. Имени Белла я никогда раньше не слышал, – вспоминал Шимони. – Статья была скверно напечатана расплывающейся синей краской на старой ротаторной бумаге. Я наткнулся на несколько арифметических ошибок и сказал себе: “Эй, да это что такое вообще?” Но потом я перечитал ее еще раз, и чем дальше я читал, тем более блестящей она мне казалась. В конце концов я понял – это не еще одна экстравагантная статья. Это нечто грандиозное»[522].

Шимони вспоминает, что он «почти сразу же» задумался о том, как можно проверить теорему Белла в лаборатории. «Как только до меня дошло, что он сделал, я подумал: “Ну и ну, это и правда очень интересно <…> А были ли в этих ситуациях тщательно исследованы предсказания квантовой механики?” Потом мне пришло в голову, что я знаю еще одну публикацию, имеющую отношение к этим вопросам»[523]. Шимони спросил своего друга Ааронова, нельзя ли для тестирования теоремы Белла модифицировать старый эксперимент Ву, на что Ааронов ответил, что этим экспериментом такое тестирование уже было выполнено. Но это было ошибкой. «Ааронов очень быстро соображает и очень быстро говорит; я перед ним просто трепетал, – вспоминал Шимони. – И я подумал: “Он прав”. А потом: “Возможно, он прав. А возможно, и нет”. И чем больше я об этом думал, тем менее был уверен в том, что Ааронов прав»[524].

Несколько последующих лет Шимони трудился над пониманием этого вопроса, подбираясь к нему то с одной, то с другой стороны, но не мог продвинуться ни на шаг. Так продолжалось до 1968 года, когда он переехал в Бостон – в здешнем университете он нашел работу своей мечты, совмещая преподавание на физическом и философском факультетах. Здесь он вскоре предложил поискать способ проверки теоремы Белла своему студенту-физику Майклу Хорну. «Чем больше Майкл читал, что было написано по этому поводу, тем менее оптимистически смотрел он на возможность протестировать неравенство Белла при помощи эксперимента Ву»[525], – вспоминал Шимони. Вместе Шимони и Хорн перерыли всю университетскую библиотеку и наткнулись в конце концов на описание опыта Кохера – Комминса. Шимони сразу же понял, что они нашли именно то, что им нужно. «К марту 1969 года основные положения нашей совместной с Хорном работы были готовы, – писал Шимони. – Я сказал Майку, что <…> такими оторванными от жизни вопросами больше никто не занимается и мы запросто можем не торопясь подготовить к печати хорошую статью. Я ошибался»[526]. Просматривая программу предстоящего съезда Американского физического общества, намеченного на апрель, Шимони увидел абстракт под заглавием «Эксперимент, предлагаемый для проверки теорий с локальными скрытыми переменными». В нем описывался в точности тот же эксперимент, который они с Хорном собирались поставить[527]. Автором работы был еще один физик, имени которого Шимони никогда не слышал: некто Джон Клаузер.

«Как только мой абстракт был напечатан, мне позвонил Абнер Шимони»[528], – рассказывал Клаузер. Дело в том, что, когда Шимони увидел абстракт Клаузера, он перепугался, что его обошли, и тут же побежал к Вигнеру. Вигнер предложил всем объединить усилия, и Шимони пригласил Клаузера на встречу с ним, Хорном и Ричардом Холтом, студентом магистратуры в Гарварде, которого Шимони тоже привлек к участию в этой работе. Клаузер согласился. В результате над статьей стали работать все четверо. «Я был очень доволен тем, что Клаузер согласился, – писал Шимони Вигнеру после этой встречи. – Это цивилизованный способ уладить вопрос независимости наших исследований»[529]. Закончив писать свою докторскую диссертацию в Колумбийском университете, Клаузер провел несколько недель в Бостоне, работая с Шимони и остальными над отделкой чернового варианта статьи. Но дольше он оставаться не мог – его ждало место постдока в Беркли. Заядлый моряк, Клаузер давно уже составил план приплыть к месту новой работы в Калифорнии на своей яхте (на которой во время аспирантуры в Колумбийском университете он и жил, поставив ее к причалу на Ист-Ривер). «Сначала мы только собирались пройти морем до Галвестона, там погрузить яхту на трейлер и везти в Лос-Анджелес, а уж оттуда идти морем вдоль берега в Беркли. Но вышло так, что нас застиг ураган “Камилла”, так что пришлось застрять в Форт-Лодердейле, – рассказывал Клаузер. – Абнеру [Шимони] мой маршрут был известен. И <…> он рассылал очередные редакции текста по всем гаваням каждого следующего города, в который мы направлялись. Какие-то из них я получал, а какие-то, думаю, и сейчас там меня дожидаются. А я во время этого плавания тоже писал, как одержимый, писал и правил написанное, а потом отправлял ему. Мы то и дело звонили друг другу и обсуждали различные версии текста, а потом обменивались набросками»[530]. К моменту прибытия Клаузера в Беркли статья была готова, и Шимони сдал ее в печать.

В работе Клаузера – Хорна – Шимони – Холта (CHSH) математический аппарат Белла был переформулирован – он приобрел вид, более удобный для тестирования в лаборатории. Кроме того, в статье был предложен и подробно описан эксперимент, который должен был установить, нарушается ли в действительности неравенство Белла[531]. По духу своему эта экспериментальная установка напоминала рулетку в казино Ронни «Медведя» из главы 7. Но вместо пар рулеточных шариков в опыте CHSH использовались пары фотонов с запутанной поляризацией. В ходе эксперимента предполагалось посылать каждый фотон через поляризатор, ориентированный в одном из двух различных направлений (рис. 9.1 и 9.2), и повторять это с большим числом пар запутанных фотонов. Точно так же, как каждый шарик рулетки в казино останавливался на красном или черном поле, каждый фотон либо проходил через поляризатор, либо был им блокирован. Сравнивая поведение множества пар фотонов, можно было проверить теорему Белла. Если выходило, что у каждой пары запутанных фотонов имелся заранее подготовленный план, как вести себя на каждом из двух поляризаторов, то такой результат удовлетворял бы неравенству Белла. Но квантовая физика предсказывала, что фотоны не будут подчиняться неравенству Белла, так же как шарики рулетки в казино Ронни.

Каким бы ни оказался исход опыта, Клаузер, Шимони и их соавторы понимали, что этот эксперимент будет иметь огромную важность: либо он покажет, что квантовая теория неверна, подорвав тем самым фундамент современной физики и практически гарантируя авторам немедленную Нобелевскую премию, либо квантовые предсказания окажутся верными и неравенство Белла будет нарушено, что будет означать нелокальность природы (или указывать на что-то еще более странное). Клаузер по-прежнему оптимистически считал, что эксперимент не выявит нарушения неравенства Белла, – он оценивал вероятность того, что квантовая физика окажется ошибочной, в 50 процентов. А вот Шимони, как и сам Белл, подозревал, что экспериментальный результат будет полностью соответствовать предсказаниям квантовой механики. Эту позицию разделяли почти все остальные. «Ааронов поспорил [с Клаузером] на $100 против $1, что исход опыта будет благоприятен для квантовой механики, – писал Шимони Вигнеру. – Я гораздо консервативнее Клаузера в оценке исхода опыта. Однако, учитывая трудность проблемы измерения в квантовой механике и тот факт, что теории скрытых переменных все же дают решение, я не стал бы полностью сбрасывать со счетов возможность того, что опыт будет свидетельствовать в пользу [локальных] скрытых переменных»[532].

Рис. 9.1. Лабораторная проверка теоремы Белла

Провести эксперимент выпало Клаузеру. В качестве постдока в Беркли он занимался радиоастрономией под руководством Чарлза Таунса, астрофизика, получившего за несколько лет до этого Нобелевскую премию за изобретение лазера. Когда Клаузер приехал в Беркли, он рассказал Таунсу о своих надеждах приспособить опыт Кохера – Комминса, выполненный когда-то именно в Беркли, для проверки теоремы Белла. «Я говорю: “Эй, глядите-ка, вот я какой крутой эксперимент хочу поставить”, – вспоминал Клаузер, – а [Таунс] такой: “А почему бы вам не сделать об этом доклад на моем семинаре и не рассказать, как это все получится? А мы тем временем припряжем и самого Джина Комминса”». Клаузер сделал доклад, рассказав и о неравенстве Белла, и о том, как можно было бы модифицировать эксперимент Кохера – Комминса, чтобы это неравенство проверить, – он надеялся, что Таунс заинтересуется и уговорит Комминса одолжить ему, Клаузеру, свою экспериментальную установку. Но Комминс остался полностью безучастным – доклад Клаузера не произвел на него никакого впечатления. Они с Кохером изначально планировали свой эксперимент всего лишь для демонстрации студентам – отнюдь не в качестве настоящего теста ЭПР. Опыт оказался гораздо труднее, а подготовка к нему – намного дольше, чем Комминс первоначально предполагал. Поэтому он меньше всего хотел снова выбрасывать время и деньги на проект, который считал бесполезным. «Комминс считал, что все это полная лажа», – рассказывал Клаузер[533]. К счастью, Таунс с этим не согласился. «Таунс решил: “Э, а это, пожалуй, интересный эксперимент”. Если бы не это, я бы просто погиб[534] <…> В конце [моего доклада] Таунс приобнял за плечи Джина Комминса, и говорит: “Ну, Джин, а ты что об этом думаешь? Мне кажется, это очень интересный эксперимент”»[535]. Как Коммингс ни упирался, Таунс все же сумел его уговорить одолжить Клаузеру свое оборудование, разделить с Клаузером затраты на его проведение, да еще и дать ему в помощь студента из своей группы, Стюарта Фридмана.

Рис. 9.2. Джон Клаузер и один из его экспериментов по проверке неравенства Белла в Беркли, 1975

На протяжении последующих двух лет Клаузер и Фридман занимались выклянчиванием где попало остального оборудования, требующегося для эксперимента. «Я все свалки вокруг облазил», – хвастался позже Клаузер[536]. Например, для управления движениями поляризаторов он приспособил старые телефонные реле[537]. Когда все оборудование наконец было собрано и испытано, Клаузер и Фридман прилежно занялись сбором данных: в общей сложности опыты продолжались две сотни часов. И в конце концов в 1972 году Клаузер и Фридман опубликовали свои результаты. Квантовая механика была спасена. Неравенство Белла нарушалось. В природе действительно происходило нечто очень странное[538].

* * *

Незадолго до того, как в 1970 году была опубликована статья Дитера Зеха о декогеренции, он получил приглашение выступить на летней школе по основаниям квантовой физики, которую финансировало Итальянское физическое общество[539]. Как ни странно, организация этой школы была связана с политической и культурной нестабильностью, в которую погрузился мир в 1968 году. «Левые» итальянские физики, обычно молодые, давно уже агитировали за переоценку связей между физикой и внешним миром, меры ответственности физики перед обществом и философских оснований физической науки. Но более консервативные итальянские физики старшего поколения не были заинтересованы в нарушении сложившегося порядка вещей. Видя, что физическое сообщество находится на грани полного раскола, правление Итальянского физического общества приняло предложение провести в Варенне летнюю школу по основаниям квантовой физики. Возглавить оргкомитет пригласили французского физика Бернара д’Эспанья, когда-то учившегося у де Бройля и работавшего с Беллом в ЦЕРНе. Вигнер, в свою очередь, предложил д’Эспанья пригласить Зеха.

Летнюю школу 1970 года в Варенне потом прозвали «Вудстоком квантовых диссидентов», и было за что[540]. Кроме Зеха, с докладами выступили Дэвид Бом, Луи де Бройль, Юджин Вигнер, Абнер Шимони, Иозеф Яух, Брюс Девитт и, наконец, сам Джон Белл. «Когда я приехал в Варенну, то увидел, что все участники школы (включая Джона Белла) погружены в жаркие споры о первых экспериментальных результатах проверки неравенства Белла, – вспоминал потом Зех. – Я об этих результатах еще ничего не слышал»[541]. Тем не менее Зех с облегчением и радостью убедился, что Белл и все остальные высоко оценили его работу, хотя некоторые и не были согласны с его выводами. Во вступительной речи на открытии конференции Вигнер изложил шесть возможных решений проблемы измерения, среди которых было и предложенное Зехом сочетание декогеренции и многомирового подхода.

Но стоило Зеху вернуться к себе в Гейдельберг, он, как всегда, столкнулся с почти брезгливым отношением коллег к его взглядам на основания квантовой механики. Его карьерный рост полностью прекратился. «Я, конечно, проявил большую наивность, – вспоминал Зех. – Мне казалось, если у тебя появилась хорошая идея и ты ее опубликовал, все должны прочесть твою работу и принять ее. Но все оказалось вовсе не так»[542]. Зех не сдавался и пытался сохранить оптимизм. «Я сосредоточился на этих вопросах, так как решил, что моя карьера все равно уже погублена, – рассказывал он. – Я все равно уже никогда не смогу мечтать о профессорской кафедре. Поэтому я сказал себе: “Что ж, зато теперь я могу делать все, что хочу”»[543]. За свое место в Гейдельбергском университете Зех мог не беспокоиться – у него была постоянная штатная должность, хотя ему и не давали двигаться по карьерной лестнице. «За себя я был спокоен, – вспоминал он. – Но у моих студентов не было никаких шансов. Вот этого я не ожидал»[544]. Когда студенты Зеха начинали искать академические позиции, им повсюду отказывали – они ведь не занимались «настоящей» физикой. «Этого, – говорил Зех, – я никогда не прощу»[545]. Полоса, прозванная им «темными веками декогеренции»[546], продлилась более десятилетия.

* * *

Перестали продвигать по службе и Джона Клаузера, несмотря на выполненный им революционный эксперимент. В отличие от Зеха, у Клаузера постоянной позиции не было, и, когда его постдокторская стажировка в Беркли закончилась, ему пришлось искать работу. «Я был такой типа молодой, наивный и на всякие мелочи не обращал внимания, – вспоминал Клаузер. – Мне казалось, главное – это заниматься тем, что в физике интересно. Мне еще предстояло узнать, что такое травля и отторжение со стороны коллег, предстояло научиться это игнорировать. А пока я просто получал удовольствие от того, чем занимался»[547]. Научный руководитель докторской диссертации Клаузера Пэт Таддеус снабдил своего подопечного рекомендательным письмом, в котором, однако, предупреждал его возможного работодателя, что выполненный Клаузером «опыт Белла» относится к области лженауки[548]. К счастью, Клаузер догадывался, что это письмо может ему скорее повредить, чем помочь, и не воспользовался им. Зато поддержали Клаузера Шимони, д’Эспанья и другие, давшие ему блестящие рекомендации. Таддеус, впрочем, был не единственным, кто не считал работу Клаузера истинно научной. «Когда я на прошлой неделе виделся с д’Эспанья, он показывал мне письмо от декана факультета из Сан-Хосе, в котором тот спрашивал, действительно ли то, чем ты занимаешься, можно назвать настоящей физикой, – писал Клаузеру Шимони. – Нечего и говорить, что д’Эспанья ответит ему на этот вопрос в твою пользу, причем в сильных выражениях»[549]. Но эти усилия пропадали втуне: Клаузеру так и не удавалось найти постоянную академическую работу.

С другой стороны, в Беркли Клаузер, по крайней мере, не так страдал от изоляции, с которой Зех столкнулся в Гейдельберге. Приехав сюда, он присоединился к группе эксцентричных студентов и молодых преподавателей физики, разделявших его интерес к основаниям квантовой механики. Вдохновляемая контркультурой этого места и времени – район Хэйт Эшбери, центр движения хиппи, был совсем рядом, на другом краю Сан-Францисско, – эта молодежь надеялась, что их изыскания приведут к новому пути в физике, пути, который органично совместится с их интересом к восточной философии, экстрасенсорике и «расширению сознания» при помощи психоделических галлюциногенов. Они называли себя «Группой фундаментальной фисики» (Fundamental Fysiks Group), и их дискуссии вертелись вокруг того, как поступить с копенгагенской интерпретацией: скорректировать ее, атаковать или вообще «вырубить»[550].

Эта группа, конечно, оказывала Клаузеру всяческую моральную поддержку, но в поиске работы помочь ему она была бессильна, ведь большинство ее членов тоже не могло найти себе постоянных рабочих мест. И дело не только в предубеждениях, связанных с исследованиями в области оснований квантовой механики: парадоксальным образом именно недостаток (если не полное отсутствие) рабочих мест отчасти и поддерживал интерес молодых физиков к этой теме. Проливавшийся после войны на физику «золотой дождь», который породил девиз «заткнись и вычисляй», внезапно и бесповоротно прекратился. Когда холодная война утихла и на смену ей пришла «разрядка», кардинальные сокращения оборонных расходов в конце 1960-х привели к тому, что правительство США резко снизило и финансирование физических исследований. А прошедшие по всей стране протесты против секретных исследований в университетских кампусах ослабили связь между академическими институтами и военно-промышленным комплексом. Результатом всего этого и стало стремительное сокращение рабочих мест для физиков. Сразу после Второй мировой войны физика развивалась быстрее любой другой области науки – теперь ее развитие быстрее всех сокращалось. С конца войны до середины 1960-х в физике существовал устойчивый кадровый голод – поток новоиспеченных докторов наук все равно оставался недостаточно мощным, чтобы заполнить все рабочие места в этой области. Но к 1971 году служба трудоустройства Американского института физики зафиксировала 1053 кандидата на в общей сложности 53 рабочие ставки[551]. Поэтому ничего удивительного в том, что практическая привлекательность и обилие выгодной работы в других областях физики больше не мешали «фундаментальным физикам» ломать голову над основаниями квантовой физики, – как и в том, что Джон Клаузер не мог найти работу, когда с этим были трудности даже у вполне респектабельных физиков.

Но Клаузера расстраивали не только безуспешные поиски работы. Полученные им экспериментальные результаты тоже оказались под вопросом. Второй эксперимент по проверке неравенства Белла, выполненный в Гарварде Холтом и Фрэнсисом Пипкином, прямо противоречил результату опыта Клаузера – он показал, что неравенство Белла соблюдается. Это означало, что природа следует принципу близкодействия и квантовая физика неверна. Чтобы выйти из этого тупика, требовался новый эксперимент. Клаузер провел в Беркли модифицированную версию опыта Холта и Пипкина, тоже надеясь доказать, что квантовая механика неверна. Тем временем Эд Фрай и Рэндолл Томпсон из Техасского университета A&M также поставили похожий эксперимент, применив в нем сверхсовременные настраиваемые по частоте лазеры, – это позволило резко сократить время сбора данных. В 1976 году и Клаузер, и техасская группа объявили о полученных ими результатах: квантовая механика снова была спасена, исходный результат Клаузера и Фридмана устоял. Квантовая нелокальность оказалась реальной[552].

И все же продолжавшиеся исследования Клаузера в области оснований квантовой физики по-прежнему мешали ему найти постоянную работу. Его достижения могли оценить лишь немногие физики. Одним из этих немногих, что неудивительно, был Джон Белл. Весной 1975 года Белл и д’Эспанья занялись организацией конференции по экспериментальной проверке оснований квантовой физики – она должна была состояться весной следующего года в Эриче, маленьком приморском городке на Сицилии. Одним из главных приглашенных докладчиков должен был стать Клаузер. Белл отправил ему приглашение, но Клаузер, все еще озабоченный поисками работы, сразу не ответил – откуда он знал, куда занесет его судьба через год?[553] Выждав месяц, Белл, обеспокоенный молчанием Клаузера, послал ему срочный телекс. «Без вас встреча будет Гамлетом без принца, – написал он. – Можно поставить ваше имя на постер?»[554] Клаузер с радостью ответил согласием. В апреле 1976-го он отправился в Эриче, чтобы погреться наконец в лучах профессионального признания, которого он до тех пор не знал.

* * *

Зех, Клаузер и «Группа фундаментальной фисики» были не единственными, кто профессионально осознавал последствия проводимых исследований основ квантовых принципов. В процессе получения образования почти все физики того времени научились избегать вопросов, связанных с этой темой. Нельзя сказать, что их приучали к этому открыто, – никаких согласованных, преднамеренных усилий для того, чтобы отвратить молодых физиков от изучения оснований квантовой механики, не предпринималось. То, что такие исследования оказались вне главного русла профессиональной физики, стало скорее побочным эффектом действия ряда факторов. Исторически это были те самые факторы, которые мы уже перечисляли в этой книге, – прежде всего недостаток интереса к фундаментальным физическим проблемам как естественное следствие послевоенной модели финансирования науки. Эта модель поощряла только исследования с ясными и конкретными практическими результатами в определенных областях физики. Другим фактором было доминирование американской физики, которая всегда имела более прагматический уклон по сравнению с физикой европейской. Сыграла свою роль и философия: позитивизм обеспечил множество удобных способов рассеять сомнения в правильности копенгагенской интерпретации. А смутные ассоциации теории скрытых переменных с коммунизмом (в особенности после всего, что произошло с Бомом), ошеломляющие суммы расходов на физические исследования военной тематики и еще свежие воспоминания об эпохе маккартизма смешались в ядовитый коктейль: любой, кто осмеливался заигрывать с теориями скрытых переменных, мог возбудить подозрения в благонадежности своих политических убеждений, а эти подозрения могли угрожать прекращением финансирования из источников, которые поддерживали на плаву почти все физические факультеты в Соединенных Штатах[555].

Молодых физиков отталкивало от исследования оснований квантовой теории еще и то, что эта теория была так успешна. Она открывала столько широких и плодотворных путей для исследований – зачем же связываться с такими трудноразрешимыми и абстрактными вещами, как основания квантовой механики? Ведь даже сам Эйнштейн не смог в них разобраться! «В рамках преподавания общепринятых “основ физики”, входящих во все стандартные учебные планы бакалавриата и магистратуры, студентам просто сообщали, что Бор был прав, а Эйнштейн ошибался. Тут и сказке конец. Никаких обсуждений не предполагалось, – вспоминал Клаузер. – Любого студента, который подвергал сомнению основания теории или, боже сохрани, задумывался о том, чтобы заняться изучением связанных с этим проблем “на законных основаниях”, строго предупреждали, что это может поставить крест на его научной карьере»[556]. В свете блестящих успехов экспериментальной квантовой физики и мощи ее теоретического аппарата, объясняющего огромное разнообразие явлений, высказывать сомнения в прочности ее оснований было еще труднее. Как отмечал Дж. Дж. К. Смарт (см. конец главы 8), неразумно было рассчитывать, что чисто философские аргументы против копенгагенской интерпретации могут заставить огромное большинство физиков заняться переоценкой философских оснований столь успешной теории. К тому же нужны были и аргументы в пользу альтернативной интерпретации. Но большинство физиков все еще были убеждены, что альтернатива копенгагенской версии невозможна – подробно обоснованное ниспровержение доказательства фон Неймана, выполненное Беллом, оставалось мало кому известным. Существовало и такое представление: изучение оснований квантовой механики – это не «настоящая» физика, ведь оно полностью исключает экспериментальную работу. Белл уже доказал, что и это не так, но осознание его достижений шло медленно. А пока суд да дело, карьеры, особенно у молодых физиков, страдали. Да, Зех и Клаузер продолжали работу в области основ квантовых принципов, невзирая на постоянное неодобрение и препятствия, – но они занимались этим, уже защитив диссертации в других областях. А многие другие физики, интересовавшиеся этими вопросами в начале деятельности, так и не решились посвятить себя их разработке. Тем же, кто к предостережениям не прислушался, пришлось за это дорого заплатить.

В конце 1970-х Дэвид Альберт был соискателем докторской степени по физике в университете Рокфеллера в Нью-Йорке. Он всегда интересовался философией. Как-то раз, еще студентом магистратуры, он до четырех утра читал книгу философа Дэвида Юма, как вдруг перед ним в полной мере открылся истинный масштаб проблемы квантового измерения. Потом он вспоминал, что, читая Юма, «каким-то образом ясно увидел: то, что происходит с волновой функцией в процессе измерения, должно быть прямым механическим следствием уравнения Шрёдингера, но никак не чем-то, требующим отдельного постулата. Что этот подход ни к чему не приведет, стало мне вдруг совершенно ясно – и это был момент, когда я постиг суть проблемы измерения <…> Эта ночь изменила мою жизнь – я сказал себе: “Окей, вот чем я хочу заниматься – я хочу решить проблему измерения”»[557].

В университете Рокфеллера никто из физиков основаниями квантовой физики не занимался, так что Альберт не очень понимал, как ему быть. «У Рокфеллера поговорить было не с кем. Друг сказал мне: “Может, напишешь Ааронову?” Кроме него, никто другой из физиков нам в то время в голову не приходил, а уж кто мог интересоваться такими вещами среди философов, было вообще непонятно»[558]. И Альберт послал письмо Ааронову, который тогда находился в Израиле. Они не были знакомы, но Ааронов охотно ответил. «Он был очень добр ко мне», – рассказывал Альберт. Между ними завязалось научное-исследовательское сотрудничество на расстоянии – они занялись исследованием локальности и проблемы измерения. «Прежде чем мы встретились, мы, переписываясь посредством обычной почты, сумели опубликовать пару совместных статей в Physical Review»[559].

Но когда Альберт осмелился предположить, что его работа с Аароновым вполне могла бы лечь в основу его докторской диссертации, физический факультет университета Рокфеллера заартачился. «Я сказал им, что уже некоторое время работаю совместно с Аароновым над вопросами, связанными с проблемой измерения, и что я хотел бы писать диссертацию на эту тему, – вспоминал Альберт. – Через несколько дней после этого меня попросили зайти в деканат университета Рокфеллера к заведующему аспирантурой. Тот объявил мне, что на физическом факультете Рокфеллеровского университета никто и ни при каких обстоятельствах не будет писать диссертацию на эту тему и что если я буду продолжать на этом настаивать, то меня просто выкинут»[560]. Альберту предложили другую тему диссертации. «Это была в высшей степени трудная вычислительная задача о повторном борелевском суммировании в теории поля φ^4 <…> Мне было ясно, что эту тему я получил потому, что она, как кому-то показалось, соответствует моему характеру, – рассказывал Альберт. – Во всяком случае, в ней явно просматривался элемент наказания. Мне также объявили в ультимативной форме, что я могу заниматься только этой задачей, и никакой другой, в противном случае мне придется покинуть университет».

Обсудив ситуацию с Аароновым, Альберт решил остаться в Рокфеллеровском университете. «Ааронов сказал: “Может, не стоит упираться? Реши задачу, которую они перед тобой поставили. А как только ты защитишься, я устрою тебе место постдока в Тель-Авиве, и все будет тип-топ”, – вспоминал Альберт. – Я так и сделал. Но эта история очень ясно показала мне, каковы правила игры. Я понял, что на физическом факультете университета Рокфеллера больше никаких разговоров о проблеме измерения быть не должно»[561].

В конечном счете Альберт воспользовался полученным им местом постдока у Ааронова как стартовой площадкой для начала карьеры в области философии физики. Но другим студентам-физикам, задумавшимся над этими вопросами, повезло гораздо меньше[562]. А средства, применяемые для подавления интереса к основаниям квантовой физики, не ограничивались остановкой продвижения по службе и отказом в присвоении ученой степени. Когда Зех попытался опубликовать свою первую статью по декогеренции, он обнаружил, что физические журналы, в которые направлялись статьи по основаниям квантовой физики, в лучшем случае встречали их с неохотой, а в худшем – с открытой враждебностью. В Physical Review даже существовала открыто сформулированная редакционная политика, состоящая в том, чтобы отклонять статьи по основам квантовых принципов, если только они не были связаны с существующими экспериментальными данными[563] или не делали новых предсказаний, которые допускали проверку в лаборатории. «Не следует забывать о том, что физика – экспериментальная наука, – писал в 1973 году главный редактор Physical Review Сэмюэл Гаудсмит, голландский физик, возглавлявший во время Второй мировой войны «Миссию Алсос». – Никакая физическая теория не имеет значения, пока не найдет подтверждения в экспериментальных данных». (Клаузер заметил, что эти ограничения не позволили бы теперь Physical Review принять к публикации ответ Бора на статью ЭПР, который сорока годами раньше журнал напечатал.) Существовала всего горсточка журналов, которые принимали статьи по основам квантовых принципов, – и среди них те самые «Основания физики» (Foundations of Physics), где в конце концов и увидела свет статья Зеха.

Чтобы помочь этому горю, квантовое «подполье» основало новый эрзац-журнал под названием «Эпистемологические записки» (Epistemological Letters). Этот откровенный «самиздат», перепечатываемый от руки, размножаемый на ротаторе и управляемый неформальной группой редакторов, в том числе Шимони[564], заявлял о себе как о постоянно действующем письменном симпозиуме по вопросам «скрытых переменных и квантовой неопределенности». «Эпистемологические записки» не являются научным журналом в обычном смысле, – прямо объявляла тыльная сторона обложки каждого выпуска. – Они (журнал называл сам себя в третьем лице множественного числа) хотят создать основу для открытой и неформальной дискуссии, в которой допускается конфронтация и которая позволяет идеям созреть, прежде чем их можно будет опубликовать в каком-нибудь обычном журнале»[565]. Страницы этого журнала были открыты для обсуждения «запретных» тем: проблемы измерения, истинного значения теоремы Белла и других. На протяжении одиннадцати лет его существования в нем появлялись статьи Белла, Шимони, Клаузера, Зеха, д’Эспанья и Карла Поппера. «Многообразие поступающих в редакцию работ и активность обсуждений показывали, что цели [журнала] были успешно достигнуты, – писал впоследствии Шимони. – Популярность “письменного симпозиума” быстро росла, и во всем мире увеличивалось число людей, просивших включить их в списки рассылки журнала»[566].

Так впервые с 1935 года сложилось сплоченное сообщество физиков, занимавшихся основаниями квантовой теории. У них была общая программа теоретических и экспериментальных исследований, собственный журнал (уж какой был…) и даже проводимые от случая к случаю конференции. Но все же публично объявить о своей принадлежности к этому сообществу было небезопасно, особенно для молодых исследователей, по крайней мере до поры.

* * *

В 1974 году в Институте оптики близ Парижа появился молодой французский физик Ален Аспе. Он только что прибыл из Камеруна, где преподавал три года, и теперь подыскивал тему для докторской диссертации, одновременно читая лекции в институте. Один профессор рассказал ему, что прослышал об интересном семинаре, который вел американский физик Шимони. Здесь Аспе и познакомился со статьей Белла. «Когда я прочел работу Белла, я был в полном восхищении. Думаю, это была самая великолепная тема из всех, которые мне попадались в жизни, – вспоминал потом Аспе. – Это была любовь с первого взгляда <…> И я тут же, не сходя с места, сказал себе: окей, я хочу писать диссертацию именно об этом». Аспе прочел и статью Клаузера и Фридмана, и отчет о противоречащем ей результате эксперимента Холта и Пипкина, но решил не вступать в это состязание. «Я был уверен, что кто-нибудь уладит этот конфликт намного раньше, чем я успею сказать хоть слово, – рассказывал Аспе. – Нет, если я хочу войти в эту игру, я должен сделать что-то совсем другое. И тут я, внимательно читая статью Белла, вдруг замечаю, что в заключении он говорит о новом важном эксперименте, который необходимо провести: изменить ориентацию поляризаторов, пока фотоны еще в полете!»[567]

Идея Белла оказалась простой в теории, но невероятно сложной для практического воплощения. Когда Клаузер и другие выполняли свою проверку неравенств Белла, они выбирали углы ориентации поляризаторов случайным образом – но сам этот случайный выбор происходил до испускания источником света пары запутанных фотонов. В теории фотоны могли каким-то образом, посредством пока неизвестного физического механизма, получить информацию об этих случайно выбранных установках до того, как покинуть источник. Если бы все происходило таким образом, то для того, чтобы объяснить результат эксперимента Клаузера, не было нужды прибегать к нелокальности – все можно было бы списать на этот новый чисто локальный физический механизм. Единственный способ исключить этот вариант состоял бы в том, чтобы случайным образом установить ориентацию поляризаторов, когда запутанные фотоны уже летят отдельно друг от друга. В таком случае никакой сигнал, распространяющийся со скоростью света, не мог бы достичь обоих фотонов после установки поляризаторов. «Думаю, Джон Белл считал, что <…> расхождения с квантовыми предсказаниями[568] могли бы возникнуть именно в ходе экспериментов, в которых вы можете быстро вращать поляризаторы», – писал позже Клаузер. Проблема была в том, что при этом требовалось менять положения поляризаторов фантастически быстро, быстрее, чем свет успевает дойти от источника фотонов до поляризаторов. Обычно это расстояние составляет около десяти метров, что означает, что поляризаторы надо переключать менее чем за сорок наносекунд. Технические трудности решения этой задачи были огромны. «Я начал осторожно размышлять, как мог бы это сделать, – вспоминал Аспе. – И в конце концов решил, что это, может быть, и удастся». Аспе снова пришел к профессору, который когда-то указал ему это направление, – его звали Кристиан Имбер – и спросил у него, нельзя ли попытаться поставить этот эксперимент в его, Имбера, лаборатории. «Слушайте, – сказал Имбер, – я ничего не понял из того, что вы мне наговорили, но выглядит это интересно. Поезжайте в Женеву и поговорите с Джоном Беллом. Если он согласится и тоже скажет вам, что это интересно, я дам вам возможность сделать это у меня»[569].

Итак, весной 1975 года Аспе отправился в Женеву знакомиться с Беллом, который как раз в это время приступал к организации конференции в Эриче. «Я объяснил ему мою идею. Он ничего не сказал. Он вообще был очень молчалив, – вспоминал Аспе. – Потом заговорил, и первое, что он спросил, было: “У вас есть постоянная работа?”» Аспе был смущен. «А почему вы спрашиваете?» – спросил я его в ответ. «Сначала ответьте». Аспе пришлось объяснить, что его должность в Институте оптики фактически постоянная, несмотря на то что он еще не защитил докторскую диссертацию, его позиция лектора была французским эквивалентом постоянной профессуры. Белл, заметно удовлетворенный таким ответом, объяснил Аспе свой вопрос. «Эта разновидность физики совершенно непопулярна, – сказал он, – и у вас непременно будут трудности. Поэтому, если у вас нет постоянного места, я не советовал бы вам в это влезать». Белл, прекрасно зная о профессиональных рисках, связанных с работой в области оснований квантовой физики, давно уже имел обычай разубеждать молодых физиков заниматься этой тематикой до тех пор, пока они не сделают карьеру и не обретут твердую почву под ногами. Аспе, к счастью, был в этом отношении в безопасности. «Затем он очень, очень ободрил меня, – вспоминал Аспе. – Он сказал, что это и в самом деле именно тот эксперимент, который надо поставить. Он сказал мне: “Если вы сможете выполнить опыт, в котором измените ориентацию поляризаторов, пока фотоны еще в полете, это будет [по-настоящему] необходимый эксперимент”»[570].

Аспе вернулся в Париж и приступил к сборке своей экспериментальной установки в лаборатории Имбера. «Практически все оборудование я одолжил, кроме, разве что, одной вещи. В какой-то момент мне понадобилось купить лазер, – рассказывал Аспе. – Я раздобыл денег. Это был мой единственный грант. Все остальное оборудование я занимал то там, то здесь или собирал в мастерских института. Конкурентов у меня не было, так что я не торопился. Больше никто этой работой не интересовался». На протяжении последовавших шести лет Аспе собирал и тестировал чувствительное экспериментальное оборудование. У него появились помощники: студент Филип Грандье, стажер Жан Дальбар и инженер-исследователь Жерар Роже. Тем временем незаметно для Аспе Имбер оберегал его от критики и придирок. «Имбер был для меня “зонтиком”, – говорил Аспе. – Он защищал меня от тех, кто постоянно шпынял его – мол, это вы виноваты, что позволили этому юнцу понапрасну тратить время; вместо всей этой ерунды он мог бы заняться настоящей физикой. Я просто не знал, как много было таких разговоров»[571]. Наконец в 1982 году Аспе и его сподвижники опубликовали свои результаты. Оказалось, даже когда поляризаторы переключались, пока фотоны были в полете, неравенство Белла все равно нарушалось.

Аспе усилил впечатление от своего шедевра экспериментальной физики еще более поразительным и потребовавшим от него больших усилий способом. «Если вы станете рассказывать “обычному” физику о скрытых переменных, о том, как проверить, справедливы ли теории скрытых переменных и принципы квантовой механики, ему, как правило, это будет неинтересно, – говорил Аспе. – Но если вы скажете ему, что есть отличный эксперимент по проверке некоторых корреляций и что эти корреляции оказались сногсшибательными, тогда он, скорее всего, к вам прислушается – ведь физики любят хорошие эксперименты, а [проверка теории Белла] – это и правда отличный эксперимент, тут уж нет никаких сомнений». Прирожденный педагог, Аспе нашел способ рассказать другим физикам о теореме Белла. «Я был просто загипнотизирован этой проблемой, а ведь когда ты чем-то очень увлечен, ты должен суметь свое увлечение кому-то передать, верно? <…> Я люблю объяснять. И я придумал способ, по-моему, очень хороший, как меньше чем за полчаса объяснить <…> любому “обычному” физику, чем [этот эксперимент] так интересен, – рассказывал Аспе. – А потом ты делаешь это при каждом удобном случае, направо и налево – и вот спустя какое-то время тебя приглашают сделать доклад на семинаре, а если твой доклад принимают хорошо, то среди слушателей находятся те, кто приглашает тебя выступить и на другом семинаре, и еще, и еще. И [в конечном счете вышло так, что] я сделал множество докладов на семинарах, объясняя при этом смысл неравенств Белла, путь, которым я пришел к их пониманию, и то, в чем заключался смысл и интерес моих экспериментов»[572]. Серия сделанных Аспе докладов стала одной из последних трещин в стене молчания, воздвигнутой «копенгагенцами». В 1980-х, впервые за полстолетия, многие физики начали открыто подвергать сомнению копенгагенскую интерпретацию. «Копенгагенцы» по-прежнему составляли подавляющее большинство, и совсем не все из сомневающихся в ней готовы были ее отвергнуть. Но так долго сдерживаемая лавина инакомыслия наконец, все ускоряясь, сдвинулась с места. Появилось новое поле исследований – основания квантовой теории.

10

Квантовая весна

Каждый день Рейнгольда Бертлмана начинается с крохотной акции неповиновения. На первый взгляд он не похож на бунтаря – безукоризненно подстриженные волосы и бородка, профессорский стиль одежды заставляют вспомнить о его родной Вене, никогда не изменявшей своему имперскому формализму. Но есть один элемент одежды, в котором Бертлман всегда изменяет своему конформизму: он неизменно надевает разные носки. «Разноцветные носки я ношу с первых лет моего студенчества. Я ведь студент так называемого поколения-68, – говорит он. – В этом выражался мой скромный протест. Мой скрытый протест. Да, он состоял в том, чтобы носить разноцветные носки! Я же понимал, что кто бы их ни увидел, либо возмутится – скажет что-то вроде “как это глупо, ну как ты можешь?”, либо рассмеется и подумает, что у меня не все дома»[573].

Сорок лет назад бунтарство Бертлмана бросалось в глаза. Волосы до плеч, лохматая борода – таким он впервые появился в стенах ЦЕРНа в 1978 году. «Американец подумал бы, [что перед ним] хиппи или что-то вроде того», – вспоминал он. Но открытая, приветливая улыбка на лице Бертлмана помогла ему найти в ЦЕРНе много друзей. Большинство из них рано или поздно замечали его привычку носить разные носки. А вот Джон Белл ее так и не заметил. Бертлман и Белл два года работали вместе над сложными вычислениями в области физики частиц, не имевшими никакого отношения к теореме Белла. «Он ни слова мне не сказал [о моих носках], ни слова», – вспоминал Бертлман. А сам Бертлман, в свою очередь, не расспрашивал Белла о слухах, которые доходили до него в столовой ЦЕРНа, – о том, что Белл будто бы написал какую-то важную работу по основаниям квантовой физики. «Мне говорили: “Ого, ты работаешь с Беллом? Он же какая-то знаменитость в квантовой физике”. А я всегда спрашивал: “И что же он сделал?” – “Да черт его знает, сделал что-то важное, но ты не беспокойся, ведь квантовая механика все еще на месте”. Ни один человек в ЦЕРНе не мог объяснить, что такое “неравенство Белла”». Но как-то осенью 1980 года, когда Бертлман на несколько недель приехал в Вену, он вдруг совершенно неожиданно и, так сказать, лично столкнулся с теоремой Белла. В его кабинет, размахивая новой статьей Белла, влетел один знакомый физик. «Он ворвался ко мне со [статьей] в руках, – вспоминал Бертлман, – и заорал: “Рейнгольд, ты посмотри, что я принес! Ты прославился!”»[574]

Удивленный Бертлман, ничего не понимая, снова и снова перечитывал[575] название статьи: «Носки Бертлмана и природа реальности»[576]. В тексте была даже небольшая карикатура, нарисованная самим Беллом (рис. 10.1).

«На уличного философа, никогда не страдавшего над курсом квантовой механики, корреляции, отмеченные в работе Эйнштейна – Подольского – Розена, не произведут никакого впечатления, – писал Белл. – Он может привести множество примеров похожих корреляций из повседневной жизни. Вот, например, знаменитые носки Бертлмана. Д-ру Бертлману нравится носить носки разного цвета. Какого цвета окажется носок на одной из его ног, предсказать невозможно. Но когда вы видите, что один из его носков розовый, вы можете быть стопроцентно уверены, что второй носок розовым не будет <…> Что ж, у каждого свой вкус, но ничего таинственного здесь нет. А разве вся эта история с парадоксом ЭПР не ровно то же самое?»[577] Затем Белл кратко остановился на копенгагенской интерпретации и ее истории, объяснив, что «под влиянием позитивистской и инструменталистской философии многие пришли к убеждению не только в том, что трудно составить целостную и непротиворечивую картину [квантового мира], но и в том, что неверно даже задаваться целью такую картину создать – это если не аморально, то уж точно непрофессионально. А некоторые пошли еще дальше и объявили, что атомные и субатомные частицы вообще не обладают какими-либо определенными свойствами, проявляющимися в ходе наблюдений»[578]. Затем Белл возвращался к носкам Бертлмана:

Рис. 10.1. Карикатура Джона Белла на носки Бертлмана, 1980

Дискуссию о корреляциях Эйнштейна – Подольского – Розена следует рассматривать именно в этом контексте. Тогда становится немного понятнее, почему статья ЭПР наделала такого шуму, что его отголоски все еще слышны по сей день. Это как если бы мы стали отрицать реальность носков Бертлмана или хотя бы то, что у них действительно есть цвет, даже когда мы на них не смотрим. Или вели себя будто ребенок, который спрашивает: «Как это выходит, что, когда мы смотрим на его носки, они всегда становятся разноцветными? Откуда второй носок знает, что сделал первый?»[579]

Сам Белл уже давно ответил на вопрос, почему запутанные частицы не могут быть похожи на носки Бертлмана, – его теорема, а также эксперименты Клаузера и Аспе показали, что с частицами должно происходить что-то гораздо более странное. «Некоторые особые корреляции, осуществимые в рамках квантовой механики, невозможно объяснить с позиций локальности. Другими словами, они необъяснимы без действия на расстоянии, – писал Белл. – Вы, конечно, можете пожать плечами и сказать: “Что ж, совпадения всегда случаются” или “Такова жизнь”. Такой подход в контексте квантовой философии действительно иногда проповедуют люди, во всех других отношениях вполне серьезные. Но вне необычного квантового контекста этот подход был бы сразу отброшен как ненаучный. Научный же подход заключается в том, что корреляции требуют объяснения»[580].

Конечно, Аспе своим обаянием сумел сотворить чудо и изменить отношение к проблеме основ квантовых принципов – и все-таки равнодушие к этой тематике среди физиков еще оставалось широко распространенным. Как испытал на себе Клаузер, тем, кто работал над этой проблемой, по-прежнему было трудно найти постоянную должность. Да и сам Белл почти все свое рабочее время в ЦЕРНе проводил, исследуя элементарные частицы при помощи релятивистской квантовой теории поля. Они с Бертлманом отлично знали, что эта теория работает прекрасно – «для всех практических надобностей», по его собственным словам[581]. Но мысль об обоснованности квантовой механики не давала Беллу покоя никогда. «Я – квантовый инженер, – так начал он однажды свое выступление, – но по воскресеньям у меня есть и принципы»[582]. Белл, обычно очень мягкий и вежливый, мог просто взорваться, если кому-нибудь случалось сморозить какую-то глупость по поводу основ квантовых принципов. «На конференциях <…> он обычно хранил молчание, – вспоминал еще один из его молодых коллег, Николя Жизан. – Но если кто-то начинал нести чушь, особенно по поводу [квантовой] интерпретации <…>, он взрывался и со своим ирландским акцентом делал очень резкие, но бьющие в самую точку замечания. Когда это случалось, допустившему промах оратору оставалось только быстро ретироваться»[583].

Эти взрывы не были вспышками гнева. Они порождались глубокими моральными убеждениями Белла, его представлениями о научной честности. Это были те же моральные принципы, которые несколькими десятилетиями раньше привели его к вегетарианству. В то время как копенгагенская интерпретация была основана на нежелании связываться с проблемой измерения, Белл не хотел прятаться от этой проблемы.

Рис. 10.2. Джон Белл в своем кабинете в ЦЕРНе за обсуждением способов проверки его теоремы, 1982

Он не хотел терпеливо сносить расплывчатость и неопределенность копенгагенской интерпретации и ее готовность отложить решение задачи на неопределенное время. Хотя он из осторожности и не торопился призывать молодых физиков посвящать себя основам квантовых принципов, он неизменно был терпелив и добр со всеми, кто хотел поговорить с ним на эти темы. «Когда я задавал ему вопросы, он всегда охотно отвечал, не жалея времени, – вспоминал Жизан. – А иногда он приходил поговорить и ко мне в лабораторию <…>. Помню его рыжую шевелюру и шапку с маленьким помпоном на макушке. Он совершенно не строил из себя такого, знаете, “гения”, “великого Джона Белла”»[584].

Белл «всегда улыбался <…>. У него была слабость к людям неконформистского склада, – рассказывал Бертлман. – Мы много спорили, не только о физике, но и о политике, об искусстве». Но, пока Бертлман не прочел статью о своих носках, они никогда не обсуждали работ Белла по основам квантовых принципов. «Когда я увидел [эту статью], я чуть не выпрыгнул из этих своих носков, – вспоминал он. – Она меня просто сразила наповал – ну, вы можете себе представить. Я был очень взволнован, сердце у меня колотилось. Помню, я бросился к телефону и тут же позвонил Беллу. Я был в восторге, но он был подчеркнуто спокоен». Когда Бертлман немного пришел в себя, он решил узнать об основах квантовых принципов больше. «То, что я узнал, меня просто поразило, и после этого мне уже ничего не оставалось, как углубиться в эту область по-настоящему»[585].

* * *

Но проблема основ квантовых принципов привлекала не только молодых физиков вроде Жизана и Бертлмана. Вполне сложившиеся ученые старшего поколения тоже стали обращать на нее внимание, даже те из них, кто раньше пренебрегал этой областью физики как малозначительной или не имеющей практического смысла. В самом начале 1970-х, когда Джон Клаузер еще только начинал разрабатывать свой первый план экспериментальной проверки неравенств Белла, он как-то приехал в Пасадену навестить своих родителей на Рождество. Его отец, Фрэнсис Клаузер, был в то время профессором в Калтехе. «И вот я приехал, а [отец] мне и говорит: “Знаешь, я тебе устроил встречу с Фейнманом!” – вспоминал потом Клаузер. – Я только и смог выдавить из себя: “O боже!”» Ричард Фейнман был живой легендой, одним из самых выдающихся и блестящих физиков того времени. Он был одним из создателей квантовой электродинамики, теории взаимодействия света и вещества – это принесло ему в 1965 году Нобелевскую премию. Карьеру свою Фейнман начал студентом Джона Уилера и, как и его наставник, не испытывал больших сомнений по поводу копенгагенской интерпретации. Клаузер побаивался, что его работа, касающаяся малоизвестной теоремы Белла, будет отвергнута прямо с порога, – и не ошибся. «Я пришел к Фейнману в кабинет, и он сразу начал злиться, – рассказывал Клаузер. – Он сказал мне: “Вы что? Не доверяете квантовой механике? Ну как только найдете в ней ошибку, возвращайтесь, и мы об этом поговорим. А сейчас катитесь отсюда, все это мне неинтересно”»[586].

Но к тому времени, когда в 1984 году Ален Аспе приехал с докладом в Калтех, Фейнман уже сменил тон. «Он был крайне приветлив, – вспоминал Аспе, – и делал интересные замечания»[587]. После выступления Аспе Фейнман снова пригласил его к себе в кабинет, где они продолжили обсуждение. А как только Аспе вернулся домой, он получил от Фейнмана письмо, полное новых похвал: «Позвольте мне еще раз сказать вам: ваша работа замечательная»[588].

Вряд ли Фейнман извлек для себя много нового из неудачного визита к нему Клаузера, но ко времени, когда в Калтех приехал Аспе, он уже, без сомнения, был хорошо осведомлен о теореме Белла. После первых опытов Белла в печать хлынул поток статей по этой тематике, в которых теорема Белла объяснялась как физикам, так и широкой публике. Первое популярное изложение работы Белла поместил в 1979 году в журнале Scientific American д’Эспанья. Вскоре после этого стали появляться популярные книги по квантовой физике, написанные как физиками, так и популяризаторами, связанными с «Группой фундаментальной фисики» в Беркли: «Дао физики»[589], «Квантовая реальность»… А знаменитая серия статей по теореме Белла, написанная выдающимся физиком из Корнеллского университета Н. Дэвидом Мермином, исчерпывающе осветила этот предмет для коллег-физиков. В ней тема была раскрыта через систему изумительно простых мысленных экспериментов, которые быстро сделались стандартным способом введения в проблематику[590]. Фейнман, которого физики превозносили как за ясность изложения, так и за глубину его физических озарений, сразу сделался горячим поклонником работы Мермина. «Ваши статьи – одни из самых прекрасных среди известных мне работ по физике, – писал Фейнман Мермину в 1984 году. – На протяжении всех моих зрелых лет я пытался извлечь из странности квантовой физики суть, которую можно было бы выразить как можно более простыми средствами. <…> И я уже совсем было приблизился к этому, как вдруг появилось во всей своей идеальной первозданности ваше описание»[591].

Сам Фейнман представил свое объяснение теоремы Белла в 1981 году в своей вступительной речи на открытии конференции в Калтехе (хотя, как ни странно, самого Белла он при этом не упомянул). Конференция была посвящена, казалось бы, совершенно другой тематике – физике вычислительных процессов, – но Фейнман показал, что теорема Белла дает ответ на один вопрос, критический для этой области. «Можно ли моделировать физический мир при помощи универсального компьютера?» – поставил Фейнман этот вопрос в своей речи на конференции. «Физический мир подчиняется законам квантовой механики, а значит, в действительности задача сводится к моделированию квантовой физики – именно об этом я и хочу поговорить», – продолжал он. Для обычного компьютера, работающего в нормальных условиях, ответ отрицательный: пользуясь в привычном порядке двоичными кодами, состоящими из нулей и единиц, без происходящих внутри компьютера странных связей на расстоянии и других подобных трюков, мы способны моделировать только локальные физические процессы и не можем в полной мере воспроизводить эффекты квантовые. Но, предположил Фейнман, может найтись и другой путь к достижению этой цели. «Может быть, это получится с компьютером нового вида – квантовым компьютером? – задался он вопросом. – Не уверен… Этот вопрос я оставляю открытым»[592].

Спустя несколько лет молодой физик по имени Дэвид Дойч двинулся вперед с той точки, на которой остановился Фейнман. В 1985 году Дойч доказал, что квантовый компьютер – компьютер, в полной мере использующий различия между квантовой и классической физикой, – может работать более эффективно, чем обычный классический компьютер. Доказательство Дойча открыло возможность практического технологического приложения идей Белла – это был прорыв, которого сам Белл предвидеть не мог. Однако Дойч не указал конкретного практического аспекта, в котором квантовый компьютер мог обогнать классический, – он лишь доказал теоретическую осуществимость этой идеи и построил простой пример. Найти работающий алгоритм для компьютера, который еще не построен, да так, чтобы он превзошел все уже существующие, оказалось действительно трудным делом.

Спустя еще почти целое десятилетие блестящий математик Питер Шор решил эту задачу весьма эффектным способом. В 1994 году он разработал квантовый алгоритм быстрого разложения на множители очень больших чисел – результат чрезвычайной важности. И это было не только реализацией доказанной Дойчем теоретической возможности. У алгоритма Шора нашлось множество практических следствий. Для обычного компьютера разложение на множители огромных чисел – трудная задача. Как Шору было хорошо известно, именно на этом и основываются разнообразные формы практической криптографии, искусства шифрования, что стало особенно важно для обеспечения безопасных коммуникаций в начинающем расцветать интернете. Шор продемонстрировал, что тип кодирования, используемый почти для всех финансовых транзакций в общественной компьютерной сети – от покупки книг до торговли акциями, – в мире, где работают квантовые компьютеры, будет уязвим.

Однако к тому времени квантовая теория информации уже нашла решение этой проблемы: квантовую криптографию. По сути, на основе работы, изначально посвященной основам квантовых принципов, возникли сразу две формы абсолютно безопасной коммуникации. Один из этих методов, разработанный в 1984 году Чарлзом Беннеттом и Жилем Брассаром, вырос из результата, известного как «теорема о запрете клонирования» – она была доказана в ответ на одну работу, выполненную «Группой фундаментальной фисики». Еще один метод, развитый Артуром Экертом в 1991 году, прямо опирался на теорему Белла. Обе эти техники гарантировали идеальную безопасность коммуникации: возможность незарегистрированного подслушивания была запрещена фундаментальными физическими законами.

Таким образом, запутанность и теорема Белла внезапно перестали быть всего лишь заботой кучки физиков и философов, занимающихся малопонятными и никому не нужными исследованиями в глухом уголке научного мира. Теперь от этих исследований стало зависеть решение практических вопросов вычислительной техники и криптографии. Вполне понятно, что правительства и военные активно заинтересовались этой тематикой. Прибрать к рукам запутанность, декогеренцию и другие подобные явления, впервые описанные исследователями основ квантовых принципов, научиться ими управлять – за этим замаячили широкие горизонты, запахло большими деньгами. Гонка за создание квантового компьютера началась. Потекли финансовые потоки. За десять лет, прошедших после совершенного Шором прорыва, Министерство обороны США истратило на разработку квантовых информационных технологий 20 миллионов долларов[593]. К 2016 году в Америке эти технологии финансировались многочисленными правительственными агентствами, как военными, так и гражданскими[594]; Евросоюз выделил на исследования в этой области 1 миллиард евро[595]; Китай провел испытания спутника квантовой связи[596]. К работам в этой области подключились и гигантские частные корпорации, такие как Google и Microsoft. Короче говоря, квантовая обработка информации уже не была частью проблемы основ квантовых принципов – она стала самостоятельной отраслью промышленности с капитализацией в миллиарды долларов.

Но самой области основ квантовых принципов денежный поток коснулся мало. Водопад грантов почти целиком обрушился не на отыскание новых подходов к проблеме измерения, а на разработку практических вопросов, таких как строительство квантовых компьютеров. Да, исследования основ квантовых принципов породили многообещающие новшества, полезные свойства которых доказаны именно в рамках этих исследований, – и все же достижения в области квантовой обработки информации не имели прямой связи с таинственной сутью квантовой теории. И многие физики, даже те из них, кто работал в новых областях, возникших благодаря трудам Белла, все равно разделяли подход к физике, основанный на все той же копенгагенской интерпретации: «Заткнись и вычисляй!» – как сформулировал его когда-то Мермин.

Итак, работа над основами квантовых принципов повлияла на развитие компьютеров. Но и компьютеры тоже повлияли на исследования основ квантовых принципов. В 1978 году трое коллег Дэвида Бома по Биркбек-колледжу в Лондоне – Крис Дьюдени, Крис Филиппидис и Бэзил Хайли – решили заново пересмотреть работы Бома 1950-х годов по волнам-пилотам. Хайли проработал в Биркбеке бок о бок с Бомом больше десяти лет; он знал, что Бом когда-то придумал волну-пилот, но у него сложилось впечатление, что эта теория неверна, ведь Бом забросил эту идею за много лет до их знакомства. Тезки, два Криса, были моложе и глупее, и они захотели все-таки взглянуть на эти старые статьи. «[Дьюдени и Филиппидис] как-то раз пришли ко мне со статьей Бома 1952 года в руках, – вспоминал Хайли. – Пришли и говорят: “А почему бы вам об этом не поговорить с Дэвидом Бомом?” А я такой: “Ой, да потому, что это все лажа”. Но они стали меня расспрашивать о том о сем, и в конце концов мне пришлось признать, что эту статью я как следует не прочел. Если уж честно, то я ее вообще не читал – только введение! <…> Я пошел домой и весь уик-энд сидел над этой работой. И когда я ее наконец прочел, то подумал: “Черт, а что же здесь не так? Похоже, все в полном порядке!”» «Настал понедельник, – рассказывал Хайли, – и я снова вернулся к Крисам. Я сказал: “Ладно, давайте-ка попробуем посчитать, какие получатся траектории”». Дьюдени на компьютере сгенерировал траектории частиц, направляемых волнами-пилотами в различных сценариях, в том числе в эксперименте с двойной щелью (см. рис. 5.4). «Конечно, когда у вас есть картинки, они стоят больше тысячи слов», – рассказывал Хайли. Хайли и Крисы показали эти картинки Бому, который был очень удивлен. «Глаза его вдруг широко раскрылись, – говорил Хайли, – и тогда мы с ним стали разговаривать об этом уже вполне серьезно»[597]. Так и получилось, что, забросив свою интерпретацию с волной-пилотом на двадцать лет, Бом вдруг вернулся к ней, смахнул с нее пыль и стал вместе с Хайли думать, куда двинуться дальше.

Бом вернулся к своим давним идеям[598] вскоре после того, как другие, хотя и немногочисленные, физики стали заново заниматься теорией волны-пилота. Но если сами Бом и Хайли пытались связать эту теорию с идеями Бома о «скрытом порядке», которые он развивал в 1960-х и 1970-х, то новые «бомианцы» переработали оригинальную теорию Бома 1952 года, коренным образом изменив ее язык и математический аппарат и отыскав убедительные ответы на множество возражений, которые выдвигались против интерпретации Бома на протяжении многих лет. Некоторые из них нашли способ вывести теорию волн-пилотов из более фундаментальных предположений, показав тем самым ложность обвинений этой теории в неуклюжести и надуманности. Другие добились успеха там, где Бом в 1950-х потерпел поражение, пытаясь включить в свой подход релятивистскую квантовую теорию поля – уже тогда она оказалась поразительно эффективной в предсказании разнообразных явлений, наблюдаемых на ускорителях элементарных частиц.

Бому, однако, не довелось узнать о большей части этих работ. В 1992 году, в семьдесят четыре года, он скончался от сердечного приступа на заднем сиденье лондонского такси. Он с честью и достоинством перенес превратности судьбы – занесение в черные списки, сорокалетнее изгнание – и неоспоримо доказал, что альтернатива копенгагенской интерпретации возможна. Его работы опровергли доказательство фон Неймана и открыли прямой путь к великолепной теореме Белла. И если Джона Белла можно назвать отцом «квантового возрождения», то дедушка его – несомненно, Дэвид Бом.

* * *

Волна-пилот Бома оказалась не единственной старой идеей, с которой сдули пыль, когда эксперименты Белла возродили интерес к проблеме основ квантовых принципов. Новое признание получила и работа Дитера Зеха, посвященная декогеренции. Это признание пришло с неожиданной стороны – от Джона Уилера. После того как ему не удалось найти компромисс между работой его ученика Эверетта и идеями его учителя Бора, Уилер на время перестал интересоваться основаниями квантовой теории. Но эксперименты Белла, а также долгие беседы с Юджином Вигнером, его коллегой по Принстону, вновь разбудили в нем этот интерес. Вскоре после того, как в 1976 году он начал работать в университете штата Техас, Уилер стал читать там курс квантовых измерений. Как это было и в Принстоне, он сумел привлечь к себе группу блестящих студентов – на некоторых из них его курс произвел глубокое впечатление. «Пока я не познакомился с Джоном Уилером в Остине, в Техасе, я полагал, что на все глубокие вопросы в этой области ответы уже даны – ну, или, во всяком случае, что студенту в ней делать нечего, – рассказывал Войцех Журек, один из уилеровских студентов. – Уилер это убеждение изменил <…> [На его занятиях] мы читали Бора и Эйнштейна, но обсуждали и связь между квантовой теорией и информацией, играя с различными идеями <…> И я постепенно начал убеждаться в том, что вопросы об основаниях квантовой механики, о роли наблюдателя, о природе информации в физике все еще важны и в основном остаются открытыми»[599].

Работа Журека на занятиях Уилера и лекция Дэвида Дойча, которую Журек посетил в Техасе, заставили его задуматься о связи между запутанностью и измерением в квантовой физике, и в особенности об эффектах запутанности между квантовой системой и ее внешним окружением – другими словами, о декогеренции. Подробно и обстоятельно обсуждая свои идеи с Уилером («Уилер был абсолютно незаменим в определении сути проблемы, или скорее целого комплекса проблем»[600], – вспоминал он), Журек вчерне закончил статью по декогеренции в начале 1981 года. С более ранней работой Зеха на эту же тему Журек непосредственно знаком не был, а вот Уилер, конечно, был. Услышав когда-то об идеях Зеха от Вигнера, Уилер в мае предыдущего года ездил в Гейдельберг специально, чтобы с Зехом увидеться. Вскоре после окончания работы над первоначальным вариантом своей статьи Журек тоже узнал о работе Зеха от Уилера и Вигнера. И когда в том же году статья Журека по декогеренции была опубликована, Журек сослался в ней на все еще никому не известную работу Зеха как на предшественницу своей собственной[601].

Хотя содержание этих двух работ было во многом очень схожим, подход Журека к декогеренции заметно отличался от подхода Зеха. В своей первой статье на эту тему Зех продвигал идею, что неизбежным следствием декогеренции является многомировая интерпретация. Журек же к интерпретации квантовой физики демонстрировал довольно явное безразличие. «Главным пунктом моей статьи (а в более широком смысле и вообще моего подхода к проблеме декогеренции) было то, что я мог сказать кое-что, относящееся к основополагающим вопросам и прямо вытекающее из квантовой теории, но без какой бы то ни было интерпретационной нагрузки»[602], – предупреждал он. И прием работа Журека встретила совсем не такой, какой перед ней получили статьи Зеха, – что нисколько не удивительно, если принять во внимание различие их подходов и те большие изменения, которые произошли в физике за прошедшее десятилетие. В то время как Зеху было трудно добиться хоть каких-то публикаций своих идей, Журек без всяких препятствий напечатал свою работу в первоклассном физическом журнале. У Журека был сильный покровитель в лице Уилера – у Зеха, опять-таки, все было иначе: работа по декогеренции привела к болезненному конфликту с его учителем Йенсеном. Для Журека Уилер был не только первым читателем и доброжелательным критиком, ободрявшим начинающего исследователя, – он вдобавок устраивал Журеку приглашения на конференции по основам квантовых принципов, которые без его помощи столь молодой физик получить бы не смог[603]. На этих конференциях доклады и идеи Журека принимали благосклонно, что в дальнейшем сыграло роль в его решении посвятить свои профессиональные устремления основаниям квантовой физики. «Прежде я находился в убеждении, что занятия основами квантовых принципов ставят крест на карьере физика, – вспоминал Журек. – В мои студенческие дни это давали мне понять практически все; единственное, но существенное исключение составлял Уилер. Поэтому, когда в связи с моими исследованиями в этой же самой области я стал получать приглашения на конференции, для меня это было веским доказательством того, что времена меняются»[604]. В течение последующих пяти лет Журек опубликовал еще с полдюжины статей по декогеренции, а также несколько работ по основам квантовых принципов, и ни одна из этих работ не причинила видимого вреда его карьере: из Техаса он перешел в Калтех и, наконец, осел в Лос-Аламосе.

Успех статей Журека подсказал Зеху, что пришло время и ему снова начать работать над проблемой декогеренции. В соавторстве со своим многообещающим студентом Эрихом Йоосом он написал несколько статей на эту тему. Но Зех побаивался, что расхождения с «копенгагенцами» могут повредить Йоосу. «Молодому человеку не стоит с ходу губить свою карьеру разговорами об Эверетте, – предостерег Зех Йооса, когда они только еще начали работать вместе. – Поэтому давайте напишем эту статью, вообще о нем не упоминая»[605]. Тщетно пытаясь оградить Йооса от возможных неприятностей[606], Зех на протяжении нескольких лет после появления статей Журека намеренно избегал даже упоминания имени Эверетта. Но несмотря на прекрасные работы по декогеренции, написанные Зехом, Йоосом, Журеком и другими, коллеги Зеха в Гейдельберге, когда им случайно доводилось услышать об этих работах, все равно не были уверены, что это настоящая физика. «[В 1990 году] у меня была мысль предложить Йоосу пройти хабилитацию [“вторая докторская степень”, которая в Германии требуется для чтения лекций в университете], – вспоминал Зех. – Я поговорил кое с кем из тех, от кого это могло зависеть. В ответ меня обычно спрашивали: “А чем он занимался?” – “Декогеренцией” – отвечал я. “Декогеренцией? А что это?” И это в 1990 году!»[607]

В 1991 году, когда Журек написал на эту тему заметку в Physics Today, иллюстрированный журнал Американского физического общества, о декогеренции наконец узнал более широкий круг физиков. Но в этой заметке Журек допустил некоторые противоречивые высказывания – в частности, он вплотную подошел к утверждению, что декогеренция сама по себе способна решить проблему измерения. «Несмотря на фундаментальную природу возникающих трудностей, в последние годы появилась растущая общая уверенность, что в разрешении проблемы измерения достигнут прогресс, – писал Журек. – Макроскопические системы невозможно изолировать от окружающей их среды <…> Возникающую в результате этого “декогеренцию” нельзя игнорировать, когда мы решаем задачу о [коллапсе] квантово-механического волнового пакета». А в самом конце статьи он прямо заявляет, что «декогеренция разрушает суперпозиции»[608].

На редакцию Physics Today обрушился поток писем, возражавших Журеку. В них указывалось, что декогеренция неспособна решить проблему измерения без сопутствующей ей интерпретации. Для малого объекта в случае, когда суперпозиция его состояний типа «кота Шрёдингера» входит в контакт с его окружением, декогеренция не разрушила бы суперпозицию – она ухудшила бы ее. Вместо того чтобы просто включать в себя объект в суперпозиции, более широкая система «объект – среда» сама оказалась бы в суперпозиции. И при отсутствии интерпретации, которая объяснила бы, что эта суперпозиция значит, проблема измерения осталась бы нерешенной. Почему в реальном мире мы не встречаем одновременно мертвых и живых котов? Почему уравнение Шрёдингера так хорошо описывает малые объекты, но терпит постыдный крах при описании объектов повседневной жизни? Эти вопросы остаются без ответа.

Зех вполне ожидаемо согласился с тем, что «индуцированная средой декогеренция сама по себе не решает проблемы измерения»[609]. Для полноты картины, настаивал он, нужно привлечь многомировую интерпретацию Эверетта. И Журеку, несмотря на то что он говорил в статье в Physics Today, пришлось согласиться: декогеренция сама по себе не дает полного решения проблемы. Гораздо яснее он высказывался на эту тему еще в своей первой статье по декогеренции, где он прямо написал, что декогеренция не дает ответа на вопрос «что вызывает коллапс комбинированной волновой функции системы – прибора – среды?»[610]. И все же взгляды Журека на многомировой вариант были не такими, как у Зеха, они скорее напоминали позицию его учителя Уилера. Как и он, Журек дипломатично пытался найти способ примирить эвереттовские миры с копенгагенской интерпретацией Бора, то есть добиться того, чего Уилер так и не добился своей неудачной поездкой в Копенгаген в 1956 году[611].

К сожалению, многие физики восприняли дипломатию Журека как знак того, что декогеренция некоторым образом подтверждает копенгагенскую интерпретацию. Для них декогеренция, как и сама копенгагенская интерпретация, была чем-то вроде магического заклинания, произнесение которого могло прогнать зловещий призрак проблемы измерения, а с ним и весь ореол странности, окружающий квантовую теорию. Экспериментальные исследования декогеренции в конце 1990-х только подливали масла в огонь: когда количественные предсказания декогеренции подтвердились, некоторые физики заключили из этого, что проблема измерения наконец-то похоронена. Жертвой этой ошибки в числе многих других стал и Филипп Андерсон – тот самый физик, который когда-то принял к публикации теорему Белла, по-видимому, просто неправильно поняв ее как опровержение бомовской теории волны-пилота. В 2001 году он утверждал, что «“декогеренция” <…> описывает тот же процесс, что раньше назывался “коллапсом волновой функции”. Эта концепция теперь экспериментально подтверждена прекрасно работающими методами получения атомных пучков – она дает полное количественное описание этого процесса»[612]. Непонимание Андерсоном природы декогеренции, как и непонимание им результата, полученного Беллом, было, разумеется, обусловлено не его низкой квалификацией как физика – в 1977 году Андерсон был удостоен Нобелевской премии за эпохальный вклад в физику твердого тела, он был и одним из создателей современной Стандартной модели физики элементарных частиц. Его ошибки были просто знаком времени: проблема основ квантовых принципов предстала перед физикой во всей своей сложности так внезапно, что даже лучшим из физиков оказалось не под силу разумно судить о ней, не являясь в ней специалистами. Предубеждения же, связанные с копенгагенскими представлениями, по-прежнему оставались настолько глубоко укорененными в сознании физиков, что те не в состоянии были даже осознать это. «“Новая ортодоксия” исходит из идеи, что недавние технические результаты по декогеренции, связанной с окружающей средой, подтверждают первоначальную копенгагенскую интерпретацию», – сетовал в 1997 году Джефф Баб, бывший студент Бома, занимавшийся философией квантовой физики. Он утверждал, «что со времен Эйнштейна и его сомнений по поводу копенгагенской интерпретации в этом вопросе не произошло никаких реальных подвижек. Она все еще остается “мягкой подушкой для истинно верующего”[613], хотя, возможно, теперь к ней добавилось порядочное количество нового особо приятного гусиного пуха».

Зех, со своей стороны, с самого начала беспокоился о таком исходе. «Я думаю, что настанет день, когда копенгагенскую интерпретацию назовут величайшим софизмом в истории науки, – писал он Уилеру в 1980 году, – но я считал бы ужасной несправедливостью, если бы – когда решение этой проблемы будет все-таки найдено – некоторые сказали “конечно, именно это Бор всегда и имел в виду”[614], только лишь потому, что он всегда выражался предельно туманно».

* * *

В период своей работы в Техасе Уилер тоже был среди тех, кто отстаивал новые идеи в области основ квантовых принципов. В 1980-х и 1990-х годах квантовые интерпретации росли как грибы после дождя: непрерывно появлялись новые многообещающие концепции, а также возрождались старые. Наиболее обильно новые интерпретации возникали на базе теории информации. Вдохновляемые успешными работами в области квантовых вычислений и криптографии, эти интерпретации предполагали сводить сложные проблемы основ квантовых принципов к фундаментальным теоретическим положениям компьютерной науки. Уилер был одним из первых идеологов этого подхода, суть которого он выразил известной формулой it from bit («все из бита»): выразить реальность, описываемую квантовой физикой, в терминах информации.

Теоретико-информационные интерпретации исходили из относительно простой логики: если волновая функция представляет собой информацию определенного вида, а не физический объект, то многие из головоломок квантовой физики как будто могут быть решены. В частности, объяснить проблему измерения становится гораздо проще, если волновая функция есть информация, ведь когда вы производите измерение, информация изменяется, стало быть, нет ничего удивительного в том, что, когда происходят измерения, кардинально изменяются волновые функции. Гораздо менее загадочными становятся с этой точки зрения эксперимент ЭПР и теорема Белла. Когда два фотона с запутанной поляризацией вылетают в противоположных направлениях и мы измеряем поляризацию одного из них, мы и в самом деле мгновенно узнаем и поляризацию второго – но в этом нет ровно ничего таинственного или нелокального, так же как нет ничего таинственного и нелокального в том, что вы можете мгновенно узнать, который час в Буэнос-Айресе, взглянув на часы в Пекине. А раз здесь нет никакой нелокальности, то больше нет и никакой загадки в том, почему нельзя воспользоваться явлением запутанности, чтобы передавать сигналы быстрее света.

Все это прекрасно, вот только совершенно неверно, как скажет вам любой сторонник теоретико-информационной квантовой интерпретации. Теорема Белла ясно показывает, что поляризации фотонов нельзя сравнивать ни с часами, ни с «носками Бертлмана». Если волновые функции представляют собой информацию, а не объекты как таковые, это должна быть информация довольно необычного вида. «Кому принадлежит эта информация? – вопрошал Джон Белл. – И информация о чем?» Чтобы решить проблему измерения, теоретико-информационная интерпретация должна была на эти вопросы ответить. Самыми непосредственными ответами в духе Копенгагена были: «эта информация принадлежит мне» и «эта информация о моих наблюдениях». Но, с точки зрения Белла, такие ответы были в корне неприемлемыми. В том, чтобы помещать в центре физики наблюдение, был явный привкус позитивизма, философии, которой Белл увлекался еще в студенческие годы и которую он тогда же отбросил, придя к заключению, что она прямиком ведет к солипсизму[615]. Солипсизм – воззрение, которое сводится к тому, что в мире существуете только вы, а все остальные люди и весь остальной мир суть всего только галлюцинации особого рода, происходящие в вашем сознании, – с самого начала был неотступной тенью позитивизма. И интерпретации квантовой физики, основанные на информационном подходе, точно так же были связаны с риском свалиться в бездну солипсизма. Если информация, представленная волновой функцией, принадлежит вам, то что именно отличает вас от всех остальных? И как могут различные наблюдатели договориться между собой о тождестве или различии своей информации? Как может принадлежащая вам информация оказаться объективным фактом внешнего мира, чем-то способным создать интерференционные картины, видные всем?

Некоторые физики пытались справиться с вопросами, стоящими перед теоретико-информационными интерпретациями, утверждая, что волновая функция является информацией о невидимом мире квантовой физики, мире, который подчиняется другим и пока еще не открытым законам. Но, чтобы удовлетворить теореме Белла, этот мир должен быть нелокальным – а в этом случае большая часть привлекательности теоретико-информационных интерпретаций терялась. (Сам Уилер ошибочно считал, что эксперименты Белла устраняют детерминизм, а не локальность[616].) Другие пробовали обойти теорему Белла, изменяя законы вероятности или отказываясь от одного из немногочисленных предположений, на которых строилось доказательство Белла, но каждое такое решение порождало собственные странные и неразрешимые проблемы.

Ни одна из этих проблем не означала, что теоретико-информационные интерпретации в принципе невозможны. Эти проблемы необходимо было либо решить, либо убедительно показать их несостоятельность. Над этим и работали физики и философы, которые интересовались теоретико-информационными интерпретациями. Были такие, кого манила простая идея, отождествляющая волновую функцию с определенной «информацией», она действовала так же чарующе, как и идея декогеренции: обещала быстрое и легкое избавление от запутанных и требующих кропотливой возни сомнений, связанных с проблемой измерения. Когда Уилер говорил, что на изобретение концепции it from bit его вдохновил подход Бора к квантовой физике[617], некоторые истолковывали это в том смысле, что сам Бор с самого начала именно эту концепцию и имел в виду, что копенгагенская интерпретация всегда утверждала тождество волновой функции и информации (упорно отказываясь отвечать, в чем эта информация состояла) и что в этом и заключался Единственно Верный Способ «понять» квантовую физику.

* * *

Белл, разумеется, знал, что в квантовой физике или в его собственных теоремах не было ничего, что с неотвратимостью приводило бы к копенгагенской интерпретации. На протяжении десятилетий он пропагандировал теорию волны-пилота именно для того, чтобы проиллюстрировать эту мысль. «Почему картина пилотных волн не упоминается в учебниках? – спрашивал Белл в 1982 году. – Разве не стоило бы ее преподавать, не как единственно верный путь, но как противоядие от доминирующей самоуверенности? Преподавать ее, чтобы показать, что к расплывчатости, субъективности и непредсказуемости вынуждают нас не экспериментальные факты, но произвольный теоретический выбор?»[618] Но вскоре после того, как Бом вернулся к своей концепции волны-пилота, Белл поднял знамя одной из более новых идей, разрабатывавшихся в то время: теории спонтанного коллапса.

Вместо того чтобы по-новому интерпретировать существующий математический аппарат квантовой физики, как это делали Бом и Эверетт, теория спонтанного коллапса решает проблему измерения, преобразуя квантово-механические уравнения. Делать это приходится крайне осторожно – ведь квантовая физика многократно доказала свою неизменную способность правильно предсказывать результаты экспериментов. И теории спонтанного коллапса действительно удается оставить в неприкосновенности большую часть предсказаний стандартной квантовой физики, но при этом все же изменить ее аппарат в степени, достаточной для решения проблемы измерения.

В теории спонтанного коллапса на самом деле существует квантовая волновая функция, но уравнению Шрёдингера она подчиняется не вполне – иногда она коллапсирует. Однако этот коллапс не имеет никакого отношения к наблюдению или измерению – он происходит совершенно случайно, безо всякой причины, независимо от присутствия наблюдателя. Представьте себе, что волновая функция играет на игровом автомате типа «однорукого бандита» (рис. 10.3a): каждый раз, когда выпадает джекпот, происходит коллапс. «Игрок» дергает за ручку миллионы раз в секунду, но джекпот – а с ним и коллапс – случается лишь однажды за 10 миллионов миллиардов миллиардов раз, или что-то вроде этого, в общем, после единицы в этом числе идет 25 нулей. Поэтому получается, что коллапс волновой функции наступает один раз за сотни миллиардов лет. Это значит, что субатомные частицы могут почти всегда идти двумя путями одновременно, совсем как наш микроскопический Гамлет из введения, – но один раз за очень большой промежуток времени они должны выбрать один и тот же путь. (Насколько именно большим оказывается этот временной промежуток, определяет эксперимент, но так или иначе он длится как минимум десятки тысяч лет – иначе наша теория противоречила бы тому, что наблюдается на деле[619].)

Однако при этом наш вопрос из введения по-прежнему остается без ответа: если субатомные частицы могут вести себя столь странно, а мы, как и все объекты нашей повседневной жизни, состоим из этих частиц, почему же мы не сталкиваемся регулярно с такими странностями? Согласно теории спонтанного коллапса, ответ на этот вопрос связан с двумя ключевыми фактами: запутанностью и огромным количеством частиц, из которых состоят окружающие нас объекты. Хотя волновая функция индивидуальной частицы может избегать коллапса в среднем миллиард лет, макроскопические объекты нашей повседневности, такие как эта книга, состоят из по меньшей мере 10 миллионов миллиардов миллиардов индивидуальных частиц. И если волновые функции каждой из этих частиц непрерывно дергают ручки своих «одноруких бандитов» (рис. 10.3b), то в среднем по крайней мере одна из них за каждую миллионную долю секунды сорвет джекпот и испытает коллапс. Но так как все частицы этой книги постоянно и непрерывно взаимодействуют друг с другом, они все запутаны, то есть все связаны единой волновой функцией[620]. Поэтому, когда одна из них «срывает джекпот», коллапс испытывает волновая функция всей нашей книги! А значит, книга может находиться в двух местах одновременно никак не дольше одной микросекунды, времени, в сотни тысяч раз более короткого, чем пресловутое «мгновение ока». Или, как говорит об этом Белл, в рамках теории спонтанного коллапса кот Шрёдингера «не бывает одновременно живым и мертвым дольше, чем микроскопическая доля секунды»[621]. В этом и состоит аккуратное решение проблемы измерения: все объекты, большие и маленькие, подчиняются одним и тем же законам, а измерение не играет никакой особой роли. Коллапс волновой функции случайным образом происходит повсеместно и в каждый момент времени, и для того, чтобы он произошел, нет никакой необходимости для вмешательства наблюдателя.

Рис. 10.3. Теория спонтанного коллапса. А. У волновой функции индивидуальной частицы только один игровой автомат, и джекпот, который вызывает коллапс, может выпасть раз в миллионы или даже миллиарды лет. Б. У волновых функций, объединяющих множество запутанных частиц, игровых автоматов гораздо больше, и шанс сорвать джекпот хоть на одном из них значительно возрастает

На самом деле теория спонтанного коллапса – это не одна, а целый набор связанных друг с другом теорий, разработанных небольшой группой физиков, которые много лет чувствовали неудовлетворенность копенгагенской интерпретацией. Описанная нами выше – та, что привлекла внимание Белла, а от него стала известна и многим другим, – построена в 1985 году тремя физиками из Италии: Джанкарло Гирарди, Альберто Римини и Туллио Вебером. По их инициалам она и стала называться «моделью GRW»[622]. «Модель GRW кажется мне прекрасной иллюстрацией того, как квантовая механика, чтобы сделаться рациональной, требует лишь очень малого (по определенным меркам!) изменения»[623], – писал Белл вскоре после того, как статья GRW вышла в свет. Статья самого Белла о модели GRW привлекла к этой теории внимание многих других физиков, в том числе Филипа Пёрла, который разрабатывал похожие идеи еще с начала 1970-х. (Десятью годами ранее работа Пёрла послужила основанием для того, чтобы у него взял интервью некий социолог, изучавший «социальные отклонения» среди физиков[624].) Пёрл написал Беллу, прося подробнее рассказать ему о модели GRW, и Белл сумел устроить Пёрлу творческую командировку к Гирарди, где они вместе попытались адаптировать модель GRW к релятивистской квантовой теории поля. Но и тройка GRW, и Пёрл не могли заставить замолчать мучительный рефрен, который и прежде десятилетиями звучал в ушах Бома, Эверетта и других. Квантовая теория работает с удивительной безупречностью – какой же смысл пытаться ремонтировать то, что очевидно и не думало ломаться? Зачем нам вообще нужна какая-то другая интерпретация, а тем более – другая теория?

Белл ответил на этот вопрос, представив его как моральную проблему. «Нельзя рассказывать людям, что основная роль сознательного разума описывается в рамках современной атомной физики. Или что “информация” есть истинный предмет физической теории. Мне кажется безответственным предполагать, что святые адепты древних религий предвосхищали технические детали современных теорий <…>, занимаясь самонаблюдением»[625]. Белл ощущал насущную необходимость разрешить проблемы, лежащие в основе квантовой физики, но он не терпел мнимых решений, которые на деле являлись не чем иным, как туманными декларациями веры. Он хотел чего-то более определенного, чего-то, что не отражало бы бессильного профессионального замешательства, он хотел истинной теории, не терявшейся от вопросов о том, что происходит во время измерения. Его неумолимо ясный стиль изложения не оставлял никаких шансов любому, кто надеялся еще найти утешение в успокаивающей банальщине копенгагенской интерпретации. «Как это вышло. что спустя 62 года после ее создания у нас все еще нет точной формулировки основной части квантовой механики? – говорил Белл в 1989 году. – Почему измерительные устройства надо отделять от остального мира, представляя их “черными ящиками”, как будто они не состоят из атомов и не управляются законами квантовой механики?»[626] В лекции, которую Белл прочел в Женеве в январе 1990 года, он признал, что поставленная задача очень трудна и что его собственная теорема доказала, что необходима какая-то радикальная перемена, что-то, с чем физика должна смириться. «Думаю, что в тупик вас ставит нелокальность, – сказал Белл маленькой группе своих слушателей. – Я не знаю ни одной концепции близкодействия, которая сочетается с квантовой механикой»[627].

Спустя восемь месяцев Белл внезапно скончался от обширного инфаркта в возрасте шестидесяти двух лет. Коллеги и друзья проводили его потоком восхищенных воспоминаний. «Он был одним из самых неукоснительно честных людей на свете – я никогда не встречал таких, как он, никогда. Потрясающий, – вспоминал Абнер Шимони. – Белл доказал великую теорему Белла, он, и никто другой – благодаря своему характеру <…> Конечно, он был носителем колоссального интеллекта. Но что у него было развито до невероятной степени – это честность, да еще упорство в поиске решений»[628]. «Джон Белл обладал всепоглощающей решимостью извлекать понимание мира природы из великих физических теорий, – писали Мермин и Курт Готтфрид (физик, который несколько раз вступал с Беллом в перепалку по поводу копенгагенской интерпретации). – Он считал, что теория, которая всего лишь успешно и даже блестяще описывает экспериментальные данные, не обеспечивая при этом удовлетворительного понимания сути того, что она описывает, должна быть подвергнута дотошному критическому изучению, и, если такого понимания достичь не удастся, придется признать, что эту теорию ждет крах, невзирая на ее внешний триумф <…> В мире физики Джон был поистине уникальным явлением по масштабу его личности и интеллекта – он был одновременно ученым, философом и гуманистом. Он был человеком, для которого глубокие идеи имели глубокое личное значение. Смерть жестоко и несправедливо похитила его у нас, когда он еще был полон жизненных сил»[629].

На протяжении четверти века Белл сражался против всеподавляющего господства копенгагенской интерпретации. «Поверьте, вы никогда не смогли бы сделать того, что сделал Белл, не обладая силой его личности, – говорил Жизан. – Любой был бы уничтожен»[630]. Но Белл не дал себя уничтожить, напротив, он победил – не только потому, что он больше, чем кто-либо еще со времен Эйнштейна, ослабил позиции «копенгагенцев», но и потому, что открыл глубочайшую новую истину о природе. «Думаю, нелокальность – это великое открытие [Белла], – говорил Бертлман. – Существование дальнодействия в природе – одна из величайших находок последнего столетия». Однако широкое признание и почести, которых заслуживала работа всей его жизни, обошли Белла стороной. Он оставался скромным человеком. Как-то за несколько лет до его смерти, когда они с Бертлманом пили чай на открытой террасе в кафетерии ЦЕРНа, любуясь освещенными заходящим солнцем Альпами и Юрской долиной, Бертлман заметил, что, по его мнению, Белла очень недооценивают. «Я вдруг как-то ни с того ни сего говорю ему: “Джон, по-моему, ты вполне заслуживаешь нобелевки”, – вспоминал Бертлман. – Он удивился и спросил: “Это за что же?” – “За теорему Белла!”» Белл на это заметил, что экспериментальные проверки его теоремы не выявили никаких отклонений от квантовой физики – за что же давать Нобеля? «А кроме того, – добавил он, – я не заслуживаю премии потому, что моя работа не удовлетворяет исходным правилам ее присуждения. Не вижу, каким образом мои неравенства могут принести пользу человечеству». (Альфред Нобель, учреждая свою премию, поставил условием, что она должна присуждаться только людям, внесшим в своей области деятельности наибольший вклад в благосостояние человечества.) Бертлман запротестовал: «“Нет, – говорю, – я не согласен. Я думаю, ты заслуживаешь премии за открытие нелокальности” <…> Тут я увидел, что он и доволен тем, что я сказал, и одновременно огорчен. “Да кому она нужна, эта нелокальность?” – с расстроенным и грустным видом сказал он. <…> Он чувствовал, что физическое сообщество не в полной мере понимает значение этого открытия или недостаточно высоко его оценивает[631]. Это очень хорошо было заметно в ЦЕРНе: Белла высоко ценили как специалиста по физике частиц, но его работам в области квантовой физики особого значения не придавали». Белл так и не узнал, что за год до его смерти он оказался в «коротком списке» Нобелевского комитета[632] и вполне мог бы получить премию, проживи он немного дольше. Но Нобелевскую премию посмертно не присуждают – таково еще одно условие, поставленное Альфредом Нобелем в его завещании.

И все же наследие Белла не пропало зря, хоть он этого и не увидел. «В 90-х разразился квантово-информационный бум, – рассказывает Бертлман. – Сложилось новое физическое сообщество, совсем не похожее на то, что было в 80-х <…> и из-за которого Джон не смог увидеть плодов своей работы»[633]. Белл, благодаря своим глубоким физическим прозрениям и кристально ясной, энергичной манере изложения сумел изменить все физическое мировоззрение. В то же время его работы невзначай породили как бы из ничего целую новую область знания: обработку квантовой информации. Первостепенное значение имеет и его вклад в «квантовую инженерию» – работы по физике частиц и проектирование ускорителей в ЦЕРНе.

Еще Белл оставил после себя целую программу исследований по основам квантовых принципов. Выступление Белла на конференции в горной деревушке Эриче на западной оконечности Сицилии, за год до его кончины, «хотелось бы назвать самой гипнотической лекцией из всех, что мне доводилось слышать»[634], – вспоминал позже Мермин. «Что именно отличает некоторые физические системы, которые играют роль “измерителя”? – спрашивал Белл голосом, полным сарказма. – Неужели волновой функции мира пришлось дожидаться скачка на протяжении тысяч миллионов лет, пока не появилось одноклеточное живое существо? Или ей пришлось подождать еще немного, пока не появится чуть более квалифицированная система <…> с докторской степенью?»[635] Затем Белл указал на недостатки в обычной системе преподавания квантовой физики (приведя для примера несколько ляпсусов из конкретных учебников) и, наконец, изложил два, по его мнению, наиболее многообещающих подхода к интерпретации квантовой физики: теории волны-пилота и спонтанного коллапса. А закончил постановкой амбициозной задачи: «Главный вопрос, по моему мнению, таков: какая из этих двух картин может (и может ли вообще какая-нибудь из них) быть преобразована [так, чтобы обеспечивать совместимость со специальной теорией]?[636]»

Но самому Беллу, хотя в своем выступлении в Эриче он об этом и не упомянул, помимо волны-пилота и спонтанного коллапса нравилась еще одна возможность. «“Многомировая интерпретация” кажется мне слишком экстравагантной, а главное, экстравагантно расплывчатой гипотезой, – говорил Белл в 1986 году. – Я бы даже мог отбросить ее как несерьезную. И все-таки <…>, возможно, в ней есть что-то, особенно в свете парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена. Она могла бы пригодиться, мне кажется, для того, чтобы сформулировать некоторую точную версию этого парадокса, чтобы затем проверить, действительно ли он существует. А существование множества возможных миров может примирить нас с существованием нашего собственного <…>, которое в каких-то смыслах иногда кажется в высшей степени невероятным»[637]. Хотя со времени смерти Белла количество физиков, интересующихся волнами-пилотами и спонтанным коллапсом, выросло, многомировая интерпретация в последние десятилетия XX века приобрела намного большую популярность и даже несколько скандальную славу. Причиной этому были в основном вовсе не работы Белла и не какие-либо другие исследования в области квантовой физики. Нет, концепция множества миров с шумом вернулась в науку благодаря исследованиям в совершенно иной области физики, области, изучающей не смехотворно малое, но немыслимо огромное – Вселенную в целом.

11

Копенгаген против Вселенной

«Если бы среди физиков проводился опрос, – писал в 1970 году Брюс Девитт, – то большинство объявило бы себя членами копенгагенского лагеря, точно так же как большинство американцев заявили бы, что верят в “Билль о правах”, независимо от того, читали они его или нет»[638]. Девитту удалось убедить редактора Physics Today, ежемесячного журнала для членов Американского физического общества, опубликовать его статью об основаниях квантовой физики. Знаком изменившегося времени было то, что уговорить редактора, Хобарта Эллиса – мл., оказалось совсем не так уж трудно. «Лично мне уже давно очень не по душе явные противоречия в квантовой механике и ее интерпретации, которые физики, похоже, готовы терпеть, – писал он Девитту. – Думаю, общий обзор различных интерпретаций квантовой механики без специального акцента на какой-то одной из них был бы интересен»[639].

Статья Девитта «Квантовая механика и реальность» действительно содержала обзор нескольких таких интерпретаций. Но Девитт вполне ясно выразил и собственные взгляды. «Копенгагенская точка зрения создает впечатление, что коллапс [волновой функции], и даже сама волновая функция – плод воображения, – писал он. – Но если это впечатление верно, то что же такое реальность? Как можем мы настолько бесцеремонно обращаться с объективно существующим миром, который с такой несомненностью нас окружает?»[640] По словам Девитта, рассматривая систему в состоянии квантовой суперпозиции типа «кота Шрёдингера», большинство физиков «воображают, что [измерительное устройство] впадает во что-то вроде состояния шизофрении, в котором оно неспособно решить, какое значение оно находит для этой системы», живого кота или мертвого. Эта проблема, заключает он, не решена в рамках копенгагенской интерпретации. А другие интерпретации, например предложенная Бомом, добавляли в квантовую физику скрытые переменные – в чем, по мнению Девитта, никакой необходимости не было. «Что, если мы провозгласим, что уравнение Шрёдингера – это все и, кроме него, мы ни в чем не нуждаемся? – спрашивал он в своей статье в Physics Today. – Сможем ли мы тогда выйти из этого тупика? На этот вопрос ответ утвердительный»[641].

Остаток своей статьи Девитт использовал для защиты принадлежащей Хью Эверетту интерпретации квантовой физики с позиций «относительного состояния». Девитт был сторонником этого подхода со времен своей переписки с Эвереттом в 1957 году. Сам Эверетт никогда в явном виде не говорил о множественности миров, но Девитт храбро двинулся туда, куда Эверетт ступить так и не решился. Заодно он заново окрестил эту идею «многомировой интерпретацией». «Вселенная постоянно расщепляется на ошеломляющее количество ветвей, каждая из которых образуется в результате подобных измерению взаимодействий между мириадами ее компонент, – писал Девитт. – Больше того, каждый квантовый переход, происходящий в каждой из звезд, в каждой галактике, в каждом отдаленном уголке Вселенной, расщепляет наш локальный мир здесь, на Земле, на мириады копий»[642]. Девитт понимал ослепительную странность этой идеи:

Я до сих пор живо помню шок, который испытал, когда впервые столкнулся с концепцией множественных миров. Идею существования 10100+ чуть-чуть отличающихся друг от друга копий самого себя, постоянно расщепляющихся на все новые и новые копии, которые в конце концов становятся неразличимыми, нелегко примирить со здравым смыслом. Это почище шизофрении[643].

Тем не менее, утверждал Девитт, многомировой подход «имеет лучшие, чем большинство других, основания считаться естественным конечным продуктом программы построения квантовой интерпретации, которую начал создавать еще Гейзенберг в 1925 году»[644]. Он подчеркивал, что эта интерпретация не требует, чтобы волновая функция вообще когда-либо коллапсировала, и в каких-либо дополнениях она больше не нуждается.

Многих читателей Physics Today аргументы Девитта не убедили. «Идея бесконечного числа множащихся невзаимодействующих миров выглядит несколько менее серьезно, чем Птолемеева геоцентрическая система эпициклов, – так откликнулся на статью один физик. – Теория Птолемея, по крайней мере, в каком-то смысле “объясняла” наблюдаемый мир, без привлечения бесконечного количества миров ненаблюдаемых». Многомировая интерпретация «означала бы, кроме всего прочего, что (к счастью!) пассажиру самолета, который терпит катастрофу, не о чем беспокоиться, ведь в другом мире тот же самолет… приземлится целым и невредимым, – писал другой читатель. – Спрашивается, действительно ли есть необходимость прибегать к столь натужному нагромождению физических тонкостей (здесь я выражаю только собственное мнение), чтобы разрешить логические трудности квантовой теории?»[645]

Но Девитт оставался твердо убежден в своей правоте. Начали колебаться и некоторые из его читателей. Более десятилетия интерпретация Эверетта провела в глубокой безвестности. И вот теперь «один из наиболее тщательно хранимых секретов этого столетия»[646], как выразился Девитт, наконец увидел свет.

* * *

Энтузиазм Девитта в отношении многомировой интерпретации подогревался не только желанием разгадать тайны квантовой физики. Отвечая своим критикам в Physics Today, Девитт писал, что многомировая идея «является единственной концепцией, которая в рамках принятого в настоящее время математического аппарата позволяет квантовой теории играть роль основания космологии»[647]. В то время как Девитт писал эти слова, космология была более установившейся и авторитетной областью исследований, чем основания квантовой физики, – но это еще ни о чем не говорило. Некоторые физики не могли свыкнуться с мыслью, что Вселенная в целом может быть предметом научного исследования. Лежащая в основе космологии общая теория относительности Эйнштейна – теория гравитации и искривленного пространства-времени – была в то время глухой теоретической провинцией, теорией, всеми принятой, тем не менее, по общему мнению, бесполезной. Теория Эйнштейна заметно отличается от ньютоновской теории тяготения, только когда рассматриваются крайне массивные объекты, по крайней мере столь же массивные, как звезды. Но эти объекты слишком далеки от физики ежедневного опыта. Далеко не все физики были уверены, что космологические выводы из теории относительности вообще стоит принимать всерьез. В 1962 году молодой студент-физик по имени Кип Торн, только что получивший первую ученую степень в Калтехе, собирался изучать общую теорию относительности у Джона Уилера в Принстоне. Один из его калтеховских профессоров попробовал отговорить его от этой затеи. «Общая теория относительности имеет слабое отношение к реальному миру, – вспоминал Торн слова профессора. – Поищите более интересные физические задачи»[648].

Общая теория относительности не только применялась в мудреных ситуациях – она к тому же была записана мудреным математическим языком. Математический аппарат теории относительности очень сложен – гораздо сложнее языка квантовой механики. Всем известно, что для того, чтобы сформулировать и самому понять свою новую теорию, Эйнштейну пришлось прибегнуть к помощи друга-математика Марселя Гроссмана, который научил его дифференциальной геометрии. Такое сочетание незнакомого предмета изучения и замысловатой математики для многих физиков оказалось препятствием к пониманию смысла этой теории и заставляло их с подозрением относиться к ее выводам. Даже самому Эйнштейну, уже после того, как он разработал и в 1915 году опубликовал свою теорию, было нелегко принять вытекающие из нее следствия. Как он увидел, из общей теории относительности вытекает, что Вселенная в целом должна либо сжиматься, либо расширяться. Этот вывод смущал его – он противоречил всем имевшимся в то время наблюдательным данным. Чтобы удержать Вселенную в статическом состоянии, Эйнштейн ввел поправочный коэффициент – «космологическую постоянную». Но в 1929 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что далекие галактики удаляются от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до них, – в точности так, как следовало ожидать в случае, если Вселенная расширяется. Эйнштейн с радостью убрал из теории свою искусственно придуманную космологическую постоянную – он с самого начала невзлюбил ее, говоря, что она «наносит серьезный ущерб красоте теории»[649]. Теперь Эйнштейн считал, что космологическая картина, вытекающая из общей теории относительности, верна. Но в этом были убеждены далеко не все, в том числе и сам Эдвин Хаббл. Он и многие вместе с ним считали, что далекие галактики только кажутся разбегающимися, а на деле Вселенная статична. Другие признавали, что Вселенная расширяется, но предлагали видоизменить законы физики так, чтобы, несмотря на расширение, Вселенная в любой момент прошлого и будущего выглядела бы в основном неизменной. Эта концепция получила название «теории стационарной Вселенной». Спустя десятилетия теория продолжала рассматриваться как обоснованная научная теория; многие физики считали ее даже несколько более обоснованной, чем расширяющаяся Вселенная общей теории относительности. Ведь получалось, что такая расширяющаяся Вселенная когда-то была невероятно горячей, плотной и маленькой и вдруг начать стремительно расширяться. Сторонник стационарной теории Фред Хойл придумал для этого термин «Большой взрыв». Как считал Хойл и многие другие, раз общая теория относительности приводит к таким странным выводам, ей не следует особенно доверять и прилагать ее ко всей Вселенной в целом тоже не стоит.

С другой стороны, тем временем продолжалась неразбериха в отношении результатов применения общей теории относительности даже к объектам, гораздо меньшим, чем вся Вселенная, например звездам. Еще в 1938 году в Беркли Роберт Оппенгеймер и его студент Джордж Волков вместе с Ричардом Толменом из Калтеха при помощи очень раннего предшественника компьютера сумели вычислительными методами показать, что сверхмассивная звезда, гораздо бо́льшая, чем наше Солнце, должна заканчивать свою жизнь, схлопываясь в поразительно плотный объект, который ничто, даже свет, не может покинуть. Представление о таких «сколлапсировавших звездах», или «коллапсарах», как их тогда называли, вызывало бурные споры. Отпугивающе сложные математические построения общей теории относительности вместе с удивительной (по тем временам) вычислительной мощью и необычностью техники, нужной для расчетов Оппенгеймера и Волкова, не говоря уж о головокружительной странности их результата, – все это мешало многим физикам принять идею коллапса звезд всерьез.

Математические сложности препятствовали понимаю следствий его собственной теории даже самому Эйнштейну. «Вместе с одним моим молодым сотрудником я пришел к интересному результату: гравитационных волн не существует»[650], – писал Эйнштейн своему старому другу Максу Борну в 1936 году. Гравитационные волны – рябь пространства-времени, которая возникает при столкновениях сверхплотных звезд и других масштабных событиях и со скоростью света распространяется от места породившей ее космической катастрофы, – были уникальным предсказанием общей теории относительности; в ньютоновой теории гравитации ничего подобного не было. Но математические странности новой теории сбили Эйнштейна и его сотрудника Розена с пути. Они опубликовали статью, в которой утверждали, что им удалось доказать: гравитационные волны не являются физическими объектами, это всего лишь фиктивные математические образования. Эйнштейна позже переубедил американский физик Говард Перси Робертсон, а Розен так и не согласился с реальностью гравитационных волн. Их совместная с Эйнштейном статья не была отозвана, и это в течение многих десятилетий продолжало вносить путаницу в вопрос о реальности одного из фундаментальных предсказаний общей теории относительности[651].

Сложность математического аппарата теории, противоречивость аргументов по поводу ее предсказаний, трудности экспериментальной проверки этих предсказаний – все это привело к тому, что общая теория относительности осталась в стороне от физического бума, начавшегося после Второй мировой войны. Новые источники финансирования науки, связанные с военно-промышленным комплексом, для тех, кто занимался общей теорией относительности, были закрыты. Но в конце 1950-х эта область физики начала медленно, но неуклонно расцветать. Состоялось несколько важных конференций; начало складываться профессиональное сообщество релятивистских астрофизиков и космологов. Одна из таких важнейших конференций прошла в 1957 году в Чапел-Хилл – ее организовали Брюс Девитт и его жена Сесиль Девитт-Моретт, талантливая женщина-физик, учившаяся у де Бройля во Франции.

На конференцию в Чапел-Хилл съехалось целое созвездие знаменитых физиков. Кроме четы Девитт здесь был Джон Уилер со своим учеником и другом Эверетта Чарлзом Мизнером. Приехал Фейнман, который зарегистрировался под псевдонимом «м-р Смит» в знак протеста против жалкого состояния исследований в этой области науки. Фейнман и физик Герман Бонди представили на конференции тесно связанные неоспоримые аргументы, которые окончательно убедили физическое сообщество в том, что если общая теория относительности верна, то гравитационные волны должны быть реальностью. Тем самым они положили конец общему замешательству и расчистили подступы к зарождающейся области новых исследований. (Можно сказать, что именно с этого и начались экспериментальные поиски гравитационных волн, которые продолжались шестьдесят лет и в 2015 году триумфально завершились первой успешной регистрацией на установке LIGO: паре четырехкилометровых лазерных гравитационно-волновых обсерваторий. За это открытие Кип Торн и двое его коллег в 2017 году удостоены Нобелевской премии.) Уилер на конференции продвигал свою повестку «радикального консерватизма», принимая предсказания теории всерьез, даже если они относились к очень странным, неисследованным и удаленным областям – например, к периоду в истории Вселенной, который последовал сразу за Большим взрывом, периоду, когда она была очень маленькой, горячей и плотной. Для того чтобы понять поведение Вселенной в эту эпоху, необходимо было совместить общую теорию относительности и квантовую физику.

В 1960-х новая область начала развиваться все быстрее. Применение новых математических методов привело к осознанию, что сколлапсировавшие звезды – или, как их прозвал в 1968 году Джон Уилер, «черные дыры» – должны существовать[652]. А в 1964 году два физика из лабораторий Белла, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, наткнулись на радиошум, приходящий с неба со всех сторон. Они поняли, что открыли космический микроволновой фон (CMB), самое старое, реликтовое излучение Вселенной, «эхо» Большого взрыва. За последовавшие вслед за этим пятнадцать лет стационарная теория потеряла всю свою убедительность, модель Большого взрыва была принята как в основном правильная, а Пензиас и Уилсон поделили Нобелевскую премию. Оставалось еще много разногласий по поводу таких фундаментальных вопросов, как скорость расширения Вселенной, но релятивистская космология все равно неуклонно набирала обороты, и модель поведения Вселенной как целого стала общепринятой.

Однако расцвет космологии привел к дальнейшему обострению вопроса о неадекватности копенгагенской интерпретации. Как сможете вы провести прямую между наблюдателем и наблюдаемой системой, как этого требовал Бор, если рассматриваемая система – это вся Вселенная? «В самом начале жизни Вселенной, несомненно, важную роль играет квантовая гравитация, затем вы переходите к представлению о волновой функции Вселенной – но как можно интерпретировать это понятие, когда вокруг нет ни одного наблюдателя? – говорил Девитт. – Единственный способ это сделать – принять точку зрения Эверетта»[653]. В конце 1960-х, когда Клаузер и другие впервые открывали для себя теорему Белла и придумывали способы ее проверки, Девитт принялся распространять «евангелие от Эверетта» среди космологов и астрофизиков. «Я чувствовал, что с Эвереттом поступили несправедливо»[654], – говорил Девитт. В 1967 году он сделал доклад о теории Эверетта на организованной им вместе с женой и Уилером конференции по релятивистской астрофизике и космологии в Сиэтле. В журнале Physics Today ему удалось поместить свою статью на эту тему; позже он признавался, что она «была нарочно написана в стиле сенсации»[655]. Он раскопал первоначальную длинную версию диссертации Эверетта, значительно более легкую для понимания, чем отредактированный вариант, на котором когда-то настоял Уилер, и опубликовал ее вместе с другими работами Эверетта, работами на эту же тему других авторов и откликами физиков на них в книге, которую он со своим учеником Нилом Грэмом редактировал и которая вышла в свет в 1973 году. В декабре 1976 года посвященную многомировой интерпретации статью, основанную главным образом на публикации Девитта в Physics Today, поместил классический научно-фантастический журнал Analog[656]. А в 1977 году Девитт и Уилер попросили самого Эверетта провести семинар, посвященный его интерпретации. Эверетт принял приглашение и вместе с женой и двумя детьми-подростками приехал в Остин из своего сонного поселка в Виргинии, чтобы впервые за пятнадцать лет прочесть лекцию по квантовой физике.

* * *

2 января 1971 года из Вашингтона в Лос-Анджелес срочно вылетели ночным рейсом курьер из Белого дома и двое сотрудников службы авиационной безопасности США. Они должны были доставить секретную информацию советнику президента США по национальной безопасности Генри Киссинджеру: задание рутинное, но строго конфиденциальное. Нечего и говорить, что и курьер, и сопровождающие его офицеры были удивлены и встревожены, когда средних лет осанистый мужчина с козлиной бородкой, проходя по салону мимо их кресел, быстро сфотографировал их маленькой фотокамерой. Когда они потребовали объяснений, их тревога только усилилась: человек повторял только, что снимал их «для своей картотеки». От него пахло джином и сигаретами «Кент». Когда самолет приземлился, сотрудники службы безопасности успели только заметить, как таинственный незнакомец растворился в толпе. В списке пассажиров он значился как некий Хью Эверетт III. Сотрудники сообщили об инциденте с Эвереттом в ФБР, и спустя несколько часов в отель, где тот остановился, был послан агент. Эверетт к тому времени уже протрезвел. Он застенчиво признался агенту ФБР, что просто разыгрывал курьера и его сопровождающих. Об их профессии он догадался из их болтовни, подслушанной им в баре аэропорта. Агент, который в конце концов убедился, что ничего плохого не произошло, а Эверетт оказался просто человеком со странным чувством юмора, сделал весельчаку небольшое внушение и покинул его номер. Однако и сотрудники службы безопасности, и агент ФБР остались в счастливом неведении о том, что уровень секретного допуска самого Эверетта значительно превосходил их собственный[657]. В течение тех пятнадцати лет, которые прошли с тех пор, как он уехал из Принстона и вышел из-под опеки Джона Уилера, Эверетт сделал неплохую карьеру. Восемь лет от работал непосредственно в Пентагоне, а потом ушел на вольные хлеба – основал статистическую консалтинговую фирму и заключил контракт со своими прежними военными работодателями. Благодаря разработанному им алгоритму оптимизации он приобрел в Пентагоне блестящую репутацию, и своей работой обеспечил себе состояние, достаточное для того, чтобы ни в чем не нуждаться и наслаждаться всеми благами жизни. Он проводил время, конструируя различные сценарии ядерного апокалипсиса и одновременно прикидывая, где и как он вечером будет ужинать, что курить и за кем ухаживать. В середине 1960-х они с женой решили, что брак их будет открытым, хотя Эверетт и до этого много лет непрерывно переходил от одной кратковременной связи к другой. К тому моменту, как Девитт и Уилер в 1977 году пригласили его на конференцию в Остин, Эверетт привык проводить вечера с бокалом в руке перед экраном одной из первых моделей кассетного видеомагнитофона, поставив на непрерывное воспроизведение свой любимый фильм «Доктор Стрейнджлав»[658].

Эверетту было приятно, что Девитт заново привлек внимание к его идеям. Его самолюбие тешило то, что его собственная теория обсуждается на страницах тех самых научно-фантастических журналов, которые он всю жизнь читал. «Я, разумеется, согласен с тем, как Брюс Девитт представил мою теорию, – писал Эверетт. – Если бы не его усилия, она вообще никогда не была бы представлена»[659]. Но остается неясным, верил ли сам Эверетт в буквальную реальность множественных миров, предполагаемых его интерпретацией, как верил в нее Девитт. Вскоре после отъезда из Принстона Эверетт некоторое время переписывался с Филиппом Франком, одним из основателей позитивистского Венского круга. Из их писем видно, что оба они разделяли похожие философские взгляды. «Я вижу, что вы выражаете точку зрения на природу физической теории[660], почти идентичную той, которую и я независимо развиваю в последние несколько лет», – писал Эверетт Франку в 1957 году. Неудовлетворенность Эверетта копенгагенской интерпретацией относилась не столько к каким-либо его обязательствам перед реализмом, сколько к тому, как иррационально и противоречиво в ней используется уравнение Шрёдингера. Проблема измерения представлялась Эверетту очень серьезной даже под позитивистским углом зрения. Когда происходит коллапс? Почему уравнение Шрёдингера в каких-то случаях применимо, а в каких-то нет? Ясно было, что Франк всем этим тоже обеспокоен. Он отвечал Эверетту: «Мне никогда не нравилась традиционная трактовка “измерения” в квантовой теории, согласно которой дело выглядит так, как будто измерение – это разновидность факта, существенно отличающаяся от всех других физических фактов»[661]. Вместо того чтобы спасать реализм, к чему стремились Бом, Шимони и другие, Эверетт просто хотел заделать эту дыру в физике и получить от этого удовольствие. «Ему нужен был быстрый и краткий проект для диссертации, а возня с проблемой измерения его смешила», – говорил биограф Эверетта Питер Бирн[662].

Эверетт еще много лет продолжал интересоваться основаниями физики, но с тех пор, как он защитил докторскую диссертацию, он никогда больше ничего не публиковал на эту тему. Он никогда не говорил об этих проблемах публично – он вообще ненавидел публичные выступления – и даже с друзьями и коллегами делился своими мыслями крайне редко. Когда Дон Райслер, физик, защитивший диссертацию по основам квантовых принципов, устраивался на работу в компанию Эверетта, тот смущенно спросил у новичка, знаком ли он с интерпретацией на основе относительного состояния. Райслер тут же понял, что перед ним тот самый Эверетт. Он признался, что слышал об этой теории. Впоследствии они стали большими друзьями, но о квантовой физике больше никогда не разговаривали[663]. Даже когда идеи Эверетта получили широкое распространение, их часто встречали насмешками или уничтожающим пренебрежением. Физик и философ Эвелин Фокс Келлер, писавшая о «когнитивном вытеснении в современной физике», отмечала, что многомировая интерпретация «демонстрирует замечательную изобретательность» в решениях, которые она предлагает для проблемы измерения и других квантовых парадоксов. Но, заключает она, «за это уплачено – уплачено ценой серьезности»[664]. Однако впереди Эверетта ждала новая волна критики, и не откуда-нибудь, а со стороны старого союзника.

* * *

Вскоре после семинара, проведенного Эвереттом в Остине, к Уилеру попал черновой вариант статьи, критикующей многомировую интерпретацию – в статье она называлась «интерпретацией Эверетта – Уилера». Уилер поспешно ответил автору, указав, что «Эверетт написал свою докторскую диссертацию на тему, избранную им полностью самостоятельно, – поэтому следует употреблять название “интерпретация Эверетта”, а не “интерпретация Эверетта – Уилера”»[665]. Искушенный в научной дипломатии Уилер всегда старался сохранить верность идеям Бора, своего покойного учителя, не выступая при этом открыто против идей Эверетта, своего бывшего студента. Пока работа Эверетта прозябала в забвении и суть ее только размывалась, когда ее формулировали на языке «относительного состояния», это было не слишком трудно. Но теперь, когда Девитт придумал для концепции Эверетта звучное название «многомировой интерпретации» и объявил, что Уилер отчасти несет ответственность за ее появление, когда статьи о ней появлялись в научно-фантастических журналах, положение изменилось. Поэтому Уилер публично дистанцировался от работы Эверетта и того, как ее «раскручивал» Девитт. «[Придуманное Эвереттом] бесконечное множество ненаблюдаемых миров – идея, несущая тяжелую метафизическую нагрузку»[666], – писал Уилер в 1979 году. Хотя Уилер всегда активно помогал физической карьере Эверетта – и даже после того, как Эверетт двадцать лет проработал в военной отрасли, оставался заинтересованным в его возвращении к академической деятельности, – он не упускал случая заявить, что никогда не поддерживал его идей. «Уилер сказал мне, что он всегда был непоколебимым оппонентом его теории – поддерживал он лишь самого Эверетта»[667], – рассказывал Дэвид Дойч, который был молодым исследователем в Остине, когда Эверетт приехал туда на свой семинар. Вскоре Уилер начал продвигать собственную идею интерпретации квантовой физики на основе понятия информации, идею, которую он считал совместимой с копенгагенской интерпретацией.

Однако Дойч и многие молодые слушатели семинара Эверетта в Остине восприняли многомировую интерпретацию с энтузиазмом. За состоявшимся после доклада Эверетта обедом с пивом на открытом воздухе Дойч сидел рядом с докладчиком. Эверетт был «полон нервной энергии, возбужден, очень остроумен и был полностью в курсе текущих проблем интерпретации квантовой механики, – вспоминал Дойч. – Он с огромным энтузиазмом говорил об идее множественных вселенных, защищал ее прочно обоснованными и одновременно очень тонкими аргументами и не прибегал при этом к языку “относительных состояний” или другим эвфемизмам»[668]. Спустя несколько лет в своей знаковой статье о квантовых вычислениях Дойч заявлял, что только многомировая интерпретация может объяснить невероятный рост быстродействия, достигнутый квантовыми компьютерами. «В рамках интерпретации Эверетта поведение [квантового] компьютера хорошо объясняется тем, что он поручает выполнение отдельных элементов вычислительной задачи своим копиям в других вселенных», – писал Дойч. «Когда [квантовый] компьютер успешно справляется с вычислениями в объеме двух процессоро-дней, как общепринятые интерпретации могли бы объяснить полученный правильный ответ? Где он был вычислен?»[669] Другие интерпретации квантовой физики тоже справились бы с объяснением мощности квантовых компьютеров. Тем не менее энтузиазм Дойча был заразителен, и многомировой подход вскоре приобрел огромную популярность в новой области квантовой обработки информации.

Концепция множественных миров продолжала завоевывать признание и среди тех физиков, которые серьезно относились к космологии; она даже инспирировала появление новых интерпретаций. «Измерения и наблюдатели не могут относиться к числу фундаментальных понятий теории, задачей которой является описание ранней Вселенной – в ней не было ни тех, ни других»[670], – писали Мюррей Гелл-Манн и Джеймс Хартл в 1990 году. В 1969-м Гелл-Манн получил Нобелевскую премию за то, что предположил существование кварков; Хартл, его бывший студент, работал со Стивеном Хокингом в области квантовой космологии. Оба они, Гелл-Манн и Хартл, долго были убеждены, что копенгагенская интерпретация ошибочна. «То, что адекватное философское описание [квантовой физики] настолько задержалось, без сомнения, является результатом промывки мозгов, которую Нильс Бор устроил целому поколению теоретиков», – писал Гелл-Манн в 1976 году[671]. Гелл-Манн и Хартл объединили интерпретацию Эверетта с работами Зеха, Йооса и Журека по декогеренции, добавив к этому идеи Ролана Омнэ и Роберта Гриффитса, – в результате получилось то, что они назвали «интерпретацией квантовой физики на основе декогерентных историй». Несмотря на то что эта интерпретация ограничивается единственным миром, Гелл-Манн и Хартл считали себя в интеллектуальном смысле обязанными Эверетту, так как их идеи вытекали из его работ.

Сам Эверетт не увидел работ Гелл-Манна и Дойча: 19 июля 1982 года в возрасте пятидесяти одного года он скончался от инфаркта. Его семья выполнила его последнюю волю: его кремировали, а прах выбросили на свалку[672].

* * *

Десятилетие, прошедшее после смерти Эверетта, ознаменовалось началом золотого века космологии. На протяжении большей части предшествовавшего столетия эта область в основном развивалась за счет теоретических достижений, основанных прежде всего на общей теории относительности. Но в 1990-х космический телескоп Хаббла, спутник COBE, задачей которого было исследование космического микроволнового фонового излучения, другие космические обсерватории и, наконец, появление нового поколения гигантских наземных телескопов просто завалили космологов наблюдательными данными. Примерно в те же годы наступление эпохи вычислительной техники сверхвысокого быстродействия сделало возможным не только обработку этих данных, но компьютерное моделирование Вселенной в целом, проверку различных теорий ее строения и поведения. Космология быстро перешла от догадок о наиболее фундаментальных свойствах Вселенной к их экспериментальному определению с поразительной точностью. В 1996 году оценки возраста Вселенной колебались в интервале от 10 до 20 миллиардов лет – примерно в тех же пределах, в которых они оставались на протяжении трех десятилетий с момента открытия Пензиасом и Уилсоном реликтового излучения. К 2006 году этот возраст уже был определен с точностью до одного процента: 13,8 миллиарда лет.

Новый уровень точности измерений привел к появлению новой картины Вселенной. Запущенный в 2000 году космический телескоп WMAP помог построить подробную карту распределения мельчайших неоднородностей в интенсивности реликтового излучения, масштаб которых составляет примерно одну часть на 100 000. Эта карта легла в основу теории, описывающей очень раннюю Вселенную в момент Большого взрыва, известную как «теория инфляции». Идею инфляции в 1981 году впервые предложил физик Алан Гут; вскоре после этого ее усовершенствовали Андреас Альбрехт и Андрей Линде. Суть ее состоит в том, что в момент своего появления Вселенная расширялась невероятно быстро – примерно за одну миллиардную одной триллионной от одной триллионной доли секунды она увеличилась в размерах приблизительно в 100 триллионов триллионов раз, а потом продолжала расширяться уже гораздо медленнее. Это стремительное расширение вызвано гипотетическими «инфлатонами», высокоэнергетическими субатомными частицами, которые по окончании стадии инфляции распались, образовав обычное вещество. Критическим моментом теории является то, что в процессе инфляции возникают и разрастаются мельчайшие квантовые флюктуации плотности инфлатонов, которые впоследствии приводят к столь же малым флюктуациям плотности обычного вещества в маленькой и горячей Вселенной немедленно после окончания инфляции. А эти флюктуации, в свою очередь, привели к флюктуациям в распределении космического микроволнового фона. В конечном счете именно эти неоднородности стали первичными ядрами формирования всей современной структуры Вселенной, в том числе и нашей Галактики, да и самой Земли. Короче, идея инфляции приводит к выводу, что весь окружающий мир, включая нас самих, является результатом квантовых флюктуаций, происходивших в очень ранней Вселенной, – а данные, полученные миссией WMAP, подтверждают, что инфляция действительно имела место. «Данные WMAP поддерживают представление, что галактики, разбросанные по всему небу, всего лишь исполняют вынесенное когда-то квантово-механическое предписание, – говорил в 2006 году Брайан Грин[673]. – Это одно из необыкновенных открытий современной научной эпохи».

Копенгагенская интерпретация не могла бы объяснить, что происходило в ранней Вселенной, – бессилен был бы описать эти процессы и ситуации и математический аппарат квантовой физики. Ранняя Вселенная имела фантастически малые размеры, что предполагает необходимость ее описания на языке квантовой физики, – но одновременно она была и фантастически плотной, а значит, здесь требуется и пугающе сложный аппарат общей теории относительности. К сожалению, несмотря на десятилетия усилий целой армии физиков, в том числе и самого Эйнштейна, теории, которая объединила бы общую теорию относительности с квантовой физикой, так и не удалось построить. В конце 1960-х некоторые предполагали, что необходимости в таком объединении может и не быть: Леон Розенфельд как истинный позитивист заявил, что, так как квантовые гравитационные эффекты наблюдать невозможно, не нужна и теория, описывающая эти ненаблюдаемые явления[674]. Но по мере того, как общая теория относительности становилась все более распространенной и необходимой, потребность в ее объединении с квантовой теорией поля возрастала. К 1990-м идеи того же сорта, что когда-то выдвигал Розенфельд, были уже настолько вне генеральной линии физических исследований, насколько и прежние представления, что космологию не следует принимать всерьез. Теория квантовой гравитации – часто обозначаемая как «общая теория всего» – широко рассматривалась как единственная нерешенная глобальная проблема во всей физике. Наиболее многообещающим претендентом на эту роль стала теория струн, очень трудный для понимания математический аппарат которой, казалось, позволял увидеть фрагменты красивых связей между квантовой физикой и общей теорией относительности. К началу 2000-х забрезжила надежда на построение теории ранней Вселенной путем объединения теории струн и инфляционной модели.

Неожиданно оказалось, что, хотя теория струн и инфляционная теория появились и развивались совершенно независимо, обе они, по-видимому, пришли к общему выводу о существовании «мультивселенной» – огромного множества независимых вселенных. Согласно инфляционной теории, Вселенная не может избежать «вечной инфляции»: когда инфляция заканчивается в какой-то части Вселенной, она продолжается в других ее частях, и посреди области, находящейся в состоянии инфляции, непрерывно появляются «пузыри», в которых инфляция отсутствует. Мы живем в одном из таких «пузырей»; другие представляют собой отдельные вселенные, отрезанные от всех остальных, и каждая из них может иметь собственные физические законы и набор фундаментальных частиц. А так как инфляция продолжается вечно, таких «пузырей» существует бесконечно много – бесконечная инфляционная мультивселенная. Теория струн, в свою очередь, тоже описывает не единичную Вселенную, a «струнный ландшафт», содержащий невероятно огромное число возможных вселенных – 10^500 или больше.

Сходство мультивселенной со множественными мирами, которые появляются в рамках многомировой интерпретации, не укрылось от внимания квантовых космологов. То, что концепция мультивселенной вновь возникла независимо от идей Эверетта, сделало ее еще более дразнящей и привлекательной. Некоторые физики даже предположили, что мультивселенная всех трех видов – эвереттовские множественные миры, «вечная инфляция» и «струнный ландшафт» – на деле является одной и той же, а все эти три теории просто описывают эту реальность разными способами. Во всяком случае, многомировую интерпретацию перестали (почти) осмеивать с порога как не стоящую серьезного рассмотрения. Более того, к началу XXI столетия многомировая идея фактически стала у физиков, а в особенности у космологов, самой популярной соперницей копенгагенской интерпретации. Но с широким признанием пришло и осознание новой проблемы, общей для любой теории бесконечной мультивселенной: проблемы вероятности.

* * *

Проблема измерения по сути упирается в вопрос о том, когда волновые функции подчиняются детерминистской гармонии уравнения Шрёдингера, а когда испытывают случайный коллапс. Многомировая интерпретация обходит проблему измерения, утверждая, что коллапса волновой функции вообще не происходит. В многомировой мультивселенной волновая функция Вселенной всегда подчиняется уравнению Шрёдингера, расщепляясь на бесконечное количество ветвей, каждая из которых составляет отдельный мир. Но в этой картине есть одна неясность. Если универсальная волновая функция действительно всегда подчиняется уравнению Шрёдингера, которое является полностью детерминистским, без какого-либо элемента случайности, тогда непонятно, как наши эксперименты в области квантовой физики вообще могут быть подвержены случайности и как в их описании может использоваться вероятность. А ведь абсолютно все, независимо от того, какой квантовой интерпретации (или псевдоинтерпретации) они придерживаются, сходятся в одном: исход любого эксперимента в области квантовой физики содержит элемент случайности. В общем случае математический аппарат квантовой физики позволяет нам предсказывать лишь вероятность того или иного исхода эксперимента, а не утверждать с определенностью, что он будет именно таким, а не иным. Но если Вселенная в целом детерминистически, однозначно подчиняется единственному уравнению, откуда тогда вообще в физике может появиться вероятность?

Обычно, когда говорят о вероятности, представляют себе бросание игральной кости: у нее есть шесть граней, из них выпасть может только одна, значит, вероятность какого-то одного из этих исходов составляет один к шести (если, конечно, в кость не подложили свинец). Вероятность выпадения нечетного числа при бросании кости – три к шести, потому что из шести чисел на гранях кубика три нечетных (рис. 11.1А). Но в рамках многомировой интерпретации с вероятностью все обстоит иначе. У опыта с котом Шрёдингера два возможных исхода – он либо жив, либо нет. Казалось бы, вероятность любого из этих исходов составляет один к двум, 50 процентов. Но давайте представим себе, что мы слегка изменили условия эксперимента – скажем, из чувства милосердия мы не стали закрывать кота в ящике надолго, и тогда вероятность радиоактивного распада (а значит, и смерти кота) стала равняться только 25 процентам, а не 50. Теперь мы в нерешительности: возможных исходов по-прежнему только два, но квантовая физика требует, чтобы их вероятности были различны. Теперь 75 процентов за то, что кот остался в живых, и 25 – за то, что он мертв. Но у действительности по-прежнему только две ветви, в каждой из которых обитают ваши почти полностью идентичные копии. Можно ли сказать, что ваша копия в ветви с мертвым котом в каком-то смысле «менее реальна», чем она же в ветви с котом живым? И как это мы должны понимать?

Дальше все становится еще хуже. Мы все участвуем в одном-единственном эксперименте вместе со всей огромной Вселенной вокруг нас. Любое разумное понимание интерпретации Эверетта сводится к тому, что в ней имеется бесконечное число разветвлений универсальной волновой функции. Какой же смысл мы можем придавать вероятности, когда в них содержится бесконечное число наших копий? Ведь когда мы бросаем кубик, единственный способ вычислить вероятность выпадения определенной грани основан на том, что мы можем сосчитать общее число возможных исходов броска. В бесконечной мультивселенной этот подход не работает – ведь здесь полное число вариантов всегда бесконечно. Если мы захотим узнать количество ветвей, в которых происходит определенное событие, – ну, скажем, количество разветвлений универсальной волновой функции, в которых вы сейчас читаете эту книгу, – оно всегда будет бесконечным. Бесконечным будет и число ветвей, в которых вы не читаете эту книгу. Какой же будет в мультивселенной вероятность, что в случайно выбранной ее ветке ваша случайная копия будет читать некоторую случайную версию этой книги? Чему будет равна дробь, в числителе и знаменателе которой стоит бесконечность (рис. 11.1Б)?

Рис. 11.1. А. Вероятности сравнительно просто вычислять для игральных костей и в других ситуациях, где имеется конечное число возможных исходов. Шанс, что при броске обычной шестигранной игральной кости выпадет нечетное число, составляет три к шести, или один к двум. Б. Вычислять вероятности становится гораздо труднее в бесконечной мультивселенной. Каков шанс, что в рамках многомировой интерпретации ваша случайно выбранная копия будет именно сейчас читать именно эту книгу?

Для исчисления бесконечностей существуют целые разделы математики, и они говорят, что такие дроби могут оказаться равны чему угодно: нулю, некоторому конечному числу или даже другой бесконечности. И как же нам с этим быть? Как нам в рамках многомировой интерпретации вернуться к тем фантастически точным вероятностным оценкам, которые квантовая физика дает в нашей полностью детерминистской Вселенной? Как измерить бесконечную долю бесконечного числа возможных вариантов действительности, в которых вы читаете эту книгу? И как можно даже просто говорить о вероятности в мире, в котором буквально все физически возможное хоть где-нибудь, да происходит?

Ответ на эти вопросы или, по крайней мере, один из возможных ответов кроется вот в чем: вероятность в многомировой интерпретации появляется потому, что мы в этих бесконечных мирах безнадежно заблудились. Хоть универсальная волновая функция подчиняется уравнению Шрёдингера и расщепляется строго детерминистским образом, мы понятия не имеем, где именно, в каком месте этой огромной и сложной волновой функции мы находимся. Да, мы знаем, что мы лишь в одной из ветвей универсальной волновой функции, но в какой? В конце концов, в бесконечном многообразии квантовых миров рассеяно множество наших лишь слегка различающихся копий – и совсем не очевидно, в каком из этих миров мы находимся. В частности, после проведения квантового эксперимента мы знаем, что находимся в одном и только одном из нескольких миров, на которые Вселенная расщепилась после того, как эксперимент завершился. Но в каком именно из них мы находимся, мы не можем сказать, пока не посмотрим на исход нашего эксперимента – просто оглянувшись вокруг, мы этого не узнаем, потому что во всех других отношениях все эти вселенные выглядят полностью идентичными. Лучшее, что мы можем сделать, это воспользоваться математическим аппаратом квантовой физики, чтобы сказать, насколько вероятно, что мы сейчас находимся в определенной ветви волновой функции – что означает, что мы приписываем некоторую вероятность тому, что увидим определенный исход нашего эксперимента, когда мы на него все же посмотрим. Таким образом, в многомировой интерпретации вероятность все равно остается существенной частью квантовой физики; просто дело в том, что эта вероятность, строго говоря, относится уже не к исходам экспериментов, а скорее к тому, где вы в данный момент находитесь во Вселенной.

Впрочем, неясно, насколько это объяснение соответствует действительности – возможно, оно грешит дуализмом, то есть представлением о том, что ваше сознание представляет собой самостоятельную нефизическую сущность, отделенную от вашего тела. Неясно и то, соответствует ли оно конкретным вероятностным предсказаниям квантовой физики. И все же это перспективная идея, одна из нескольких попыток сторонников многомировой интерпретации решить проблему вычисления вероятности в бесконечной мультивселенной – одну из самых острых проблем в современной инфляционной космологии. Существуют многочисленные подходы к ее решению, ни один из которых не завоевал широкого признания. (Некоторые из этих подходов основаны на еще одной математической страсти Эверетта, теории игр). Как это часто происходит с нерешенными научными проблемами, легких ответов найти не удается. И все же общее мнение склоняется к тому, что, хотя однозначного решения этой проблемы не найдено, оно найдется – либо окажется в конце концов верным одно из уже известных решений, либо будет найдено новое. Будем надеяться, что ждать придется недолго.

* * *

Вопрос о трактовке вероятности бросает вызов многомировой интерпретации и другим теориям мультивселенной. Но все же самым частым возражением против самой идеи мультивселенной (будь она квантовой, космологической или струнной) является просто сама эта невероятная россыпь бесконечных миров. «Трудно вообразить более радикальное нарушение принципа “бритвы Оккама”, закона экономии мышления, который требует от ученых сводить число сущностей к минимуму», – жаловался Мартин Гарднер, писатель и составитель забавных математических задач[675]. Но экономия – понятие относительное. Защитники точки зрения Эверетта указывают, что их интерпретация квантовой физики требует введения гораздо меньшего количества предположений, чем любая другая. Аргументы насчет простоты тоже обманчивы. Существует много очень сложных научных теорий, которые бесспорно правильны. «Вот вам “мультивселенная”, существование которой признают все, – говорит Дэвид Уоллес, философ и сторонник многомировой интерпретации. – Подумайте о планетах у звезд далеких галактик. Все знают, что вокруг этих звезд обращается множество планет, поверхность каждой из которых усеяна бесчисленными камнями <…> Это, конечно, не бесконечная мультивселенная, но десять тысяч миллиардов миллиардов солнечных систем – это, как ни крути, слишком много, чтобы их можно было вообразить. Но мы не удивляемся этому, хоть и неспособны все это многообразие наблюдать <…> Просто оно является неизбежным следствием теории, которую мы считаем непоколебимой»[676].

У физиков, нападающих на многомировую интерпретацию (или инфляцию, или струнную теорию), обычно есть и более серьезное возражение против идеи мультивселенной: для них эта концепция является чистым примером «нефальсифицируемости». Этот громоздкий термин, призрак философии прошлого, пришел из трудов Карла Поппера – знаменитого философа науки середины XX века, который провел большую часть своей профессиональной жизни в Лондонской школе экономики. Когда-то Поппер был адептом логического позитивизма в своей родной Вене, но потом взбунтовался против него и занял собственную позицию. Вместо того чтобы со всем Венским кружком отстаивать верификационную теорию значения, Поппер принялся продвигать научное мировоззрение, основанное на идее фальсифицирования. Согласно Попперу, потенциально научными являются только теории, которые можно опровергнуть; теории же, неверность которых доказать невозможно, научными не являются.

Взгляды Поппера стали чрезвычайно популярными среди действующих ученых. К концу XX столетия многие физики считали, что тест на фальсифицируемость обязана пройти любая потенциальная теория. Но если сквозь эту призму рассматривать любую теорию мультивселенной, она покажется подозрительной. Если другие вселенные недоступны и не могут прямо влиять на нашу собственную Вселенную, то какие же экспериментальные данные могли бы в принципе опровергнуть теорию, что мы живем в мультивселенной? А если не существует данных, которые могли бы показать, что наша теория неверна, то как мы можем принимать ее в качестве научной теории? «Философ науки Карл Поппер утверждает: чтобы называться научной, теория должна быть фальсифицируемой, допускать возможность опровержения, – писали в 2014 году выдающиеся космологи Джордж Эллис и Джо Силк в редакционной статье в журнале Nature. – Эти недоказуемые гипотезы [множественные миры, теория струн и инфляционная мультивселенная] сильно отличаются от тех, которые непосредственно относятся к реальному миру и допускают проверку наблюдениями, таких как стандартная модель в физике элементарных частиц или концепции темной материи и темной энергии. Мы видим, что теоретическая физика рискует сделаться ничейной территорией между математикой, физикой и философией, так как она не будет удовлетворять требованиям ни одной из этих наук». Отход от критерия Поппера, предупреждали они, был «отчаянным шагом» с потенциально катастрофическими последствиями. «Эта битва за обладание душой и сердцем физики начинается в то время, когда научные результаты в любой области, от изменений климата до теории эволюции, ставятся под сомнение политиками и религиозными фундаменталистами. Потенциальный ущерб, который может быть нанесен доверию общества к науке и самой природе фундаментальной физики, должен быть смягчен в результате более глубокого диалога между учеными и философами»[677].

Но если бы Эллис и Силк озаботились вступлением в такой диалог до того, как написали свою редакционную статью, они убедились бы, что работа Поппера уже несколько десятилетий не принимается философами всерьез, и не случайно. Идея, что фальсифицируемость очерчивает границы истинной науки, уязвима для тех же аргументов, которыми доказана несостоятельность верификационной теории смысла, как мы узнали из главы 8. Точно так же, как не могут быть верифицированы индивидуальная вера и индивидуальные убеждения, на что указывает Куайн в своих «Двух догматах эмпиризма», не могут быть фальсифицируемы и индивидуальные теории – почти по тем же причинам. Допустим, Карл Поппер, который не может включить свой телевизор кнопкой пульта дистанционного управления, выдвигает теорию, что в пульте сели батарейки. Он идет в магазин, покупает новые батарейки и вставляет их в пульт. Но телевизор все равно не включается. «Ага! – восклицает Поппер. – Моя теория опровергнута!» Но это вовсе не обязательно так! Да, дистанционный пульт по-прежнему не работает, но это вовсе не означает, что старые батарейки были в порядке. Возможно, просто и новые батарейки тоже не действуют. Возможно, пока Поппер ходил за ними в магазин, мышь перегрызла кабель питания. Возможно, законы физики зависят от места, в котором вы находитесь, и, пока Поппер ходил в магазин, Солнечная система, летя по своей орбите вокруг центра Млечного Пути, вошла в область пространства, где законы электромагнетизма, управляющие поведением батареек в пульте дистанционного управления, действуют иначе. Проблема в том, что из построенной Поппером «теории батареек», объясняющей, почему не работает пульт, не следует никаких предсказаний, основанных на самой этой теории: ее предсказания делаются только в связи с огромным количеством дополнительных фундаментальных предположений о функционировании окружающего мира, которые выдвигает Поппер. Поэтому Поппер ошибается, когда говорит, что его теория опровергнута. Когда он видит, что пульт по-прежнему не работает, он может отбросить свою теорию о севших батарейках, но точно так же может отбросить и любое из принятых им предположений об окружающем мире. Как говорит Куайн, наши убеждения об окружающем мире могут быть подвергнуты испытанию в этом мире не индивидуально, по одному, а только в виде группы, и это справедливо как для фальсификации, так и для верификации. Никакая теория, взятая изолированно, не фальсифицируема.

Это подтверждается всей историей науки: когда экспериментальный или наблюдательный результат не соответствует теоретическому предсказанию, это часто ведет к тому, что отбрасывается не сама базовая теория, а какое-нибудь из вспомогательных предположений, использованных для предсказания. В 1781 году Джон Гершель открыл Уран, и астрономы того времени сразу же занялись предсказанием его движения на основе разработанных Исааком Ньютоном теории тяготения и законов движения. На протяжении нескольких следующих десятилетий, по мере того как накапливалось количество наблюдений и совершенствовались вычислительные методы, несколько астрономов поняли, что на деле Уран движется не так, как должен двигаться в соответствии с универсальным ньютоновским законом тяготения. Но вместо того, чтобы отказаться от закона всемирного тяготения как противоречащего наблюдениям, они предположили, что за Ураном есть еще одна, пока невидимая планета, притяжение которой и вызывает аномалии в движении Урана. Один из этих астрономов, Урбан Леверье, точно рассчитал положение, в котором должна была находиться эта планета, и в 1846 году группа немецких астрономов нашла новую планету Нептун именно в том месте, которое указал Леверье. Таким образом, вместо того чтобы оказаться опровергнутой, ньютоновская теория гравитации, напротив, доказала свою жизнеспособность. И когда через несколько лет Леверье и другие астрономы заметили, что Меркурий, ближайшая к Солнцу планета, тоже движется не вполне так, как ей следовало бы, они и теперь не стали предъявлять претензии к ньютоновской теории, а опять постулировали существование еще одной новой планеты, настолько близкой к Солнцу, что ее невозможно было увидеть в его слепящем блеске. Эту гипотетическую раскаленную планету они назвали Вулканом, в честь римского бога-кузнеца, и без промедления принялись за ее поиски. Искали они Вулкан во время солнечных затмений, когда диск Солнца загораживает собой Луна. Несколько групп наблюдателей, одну из которых возглавлял сам Леверье, объявляли об обнаружении неуловимой планеты, но это открытие ни разу не удавалось убедительно подтвердить. Наконец в 1915 году Альберт Эйнштейн доказал, что никакого Вулкана не существует: его новая общая теория относительности идеально объяснила особенности движения Меркурия без привлечения новой планеты. Ньютоновская теория тяготения оказалась все же неверной, но она была не столько опровергнута, «фальсифицирована», сколько уточнена и заменена новой, более совершенной теорией[678].

Даже сам Поппер понимал, что фальсифицируемость не может быть «лакмусовой бумажкой» для проверки научных теорий: он признавал, что никакая теория не может быть опровергнута, будучи изолированной. Однако он предполагал, что истинные ученые сами понимают, когда надо отказаться от своих теорий, а не от гипотез, которые они не могут объяснить. Но история с Нептуном и Вулканом наглядно показывает, насколько неочевидно, когда необходимо в свете фактов отказаться от противоречащей им теории, вместо того чтобы отбросить некоторые предположения, сделанные для того или иного предсказания. Следовательно, заявлять, что теории мультивселенных ненаучны в силу своей нефальсифицируемости, значит отказаться от них просто потому, что они не соответствуют некоторому произвольному стандарту, которому ни одна научная теория никогда и не соответствовала. Заявлять, что никакие данные никогда не свидетельствовали о необходимости отказаться от теории мультивселенной, значит просто констатировать, что теория мультивселенной ничем не отличается от любой другой теории. И заявлять, что никогда не может быть найдено никаких наблюдаемых свидетельств в пользу теории мультивселенной, значит забыть афоризм Эйнштейна: «именно теория решает, что мы можем наблюдать». В главе 8 мы приводили слова Гровера Максвелла: представления о том, что является наблюдаемым, могут изменяться и изменяются с течением времени, как меняются и сами научные теории. В свое время теория атома казалась нефальсифицируемой, а атомы считались принципиально ненаблюдаемыми. Та же судьба, возможно, ожидает и теорию мультивселенной. В конечном счете аргументы против идеи мультивселенной, основанные на ее нефальсифицируемости, на деле основаны на невежестве и отсутствии вкуса: к теории мультивселенной питают отвращение физики, незнакомые с историей и философией своей собственной науки. Но этим нельзя оправдать отношение к идее мультивселенной как к ненаучной.

* * *

Если научные теории не нуждаются в фальсифицируемости, какова их роль и задача? Давать объяснения, объединять прежде несопоставимые понятия и устанавливать связи с миром вокруг. Конечно, это звучит туманно. Но наука, как и люди, которые ее создают, как и мир, который она описывает, – вещь сложная. Простые шаблонные ответы на сложные вопросы, такие как вопль Поппера «Моя теория фальсифицируема!», всегда выглядят подозрительно: как говаривал Г. Л. Менкен, «у каждой человеческой проблемы всегда есть хорошо известное решение – простое, убедительное и, конечно, ошибочное»[679].

Каково же тогда верное решение человеческой проблемы копенгагенской интерпретации? Ведь несмотря ни на что – на волны-пилоты и множественные миры, на Белла, Бома и Эверетта, несмотря на расцвет квантовых компьютеров и закат логического позитивизма – копенгагенская идея все еще владеет физикой. Копенгагенская точка зрения все еще излагается в любой популярной книге, в любом вводном курсе квантовой физики. Все еще есть множество физиков, которые не только предпочитают копенгагенскую интерпретацию, но считают любой другой взгляд ненаучным; по словам некоторых из них, теорема Белла доказывает, что копенгагенская интерпретация – единственно возможная непротиворечивая позиция. Основы квантовых принципов стали гораздо более респектабельной областью, чем прежде, но это все еще малый участок физики, и все еще находится много физиков, которые относятся к ней презрительно. В области основ квантовых принципов по-прежнему нелегко найти работу, хотя уже и не так, как пятьдесят лет назад это было трудно сделать Джону Клаузеру. И в то время, как многомировая интерпретация в целом известна большинству физиков, многие другие воззрения, такие как теория волны-пилота, все еще остаются в неизвестности. Как же мы дошли до такого положения? Или, вернее, почему мы все еще находимся в нем? Это хороший вопрос. Дэвид Альберт, студент, которого чуть не выставили из университета Рокфеллера за то, что он имел дерзость усомниться в копенгагенской интерпретации, – мы рассказывали о нем в главе 9 – теперь профессор философии в Колумбийском университете. Уже сорок лет он работает над проблемой основ квантовых принципов. «Вот поистине странная история, – говорит он, подводя итог развитию событий в этой области. – В одно и то же время имеют место две яростно противоречащие друг другу вещи. XX столетие превосходит любое другое количеством великолепных умов, интересующихся физикой и в ней активно работающих. Но это же самое столетие стало свидетелем самого длинного периода чисто психопатического отрицания глубокой логической проблемы в самом сердце всей физической науки!»[680]

Может, слово «психопатический» преувеличенно резкое. Но история вышла и правда ненормальная. И теперь, когда вы узнали ее целиком, когда вы узнали, как долог был этот путь, давайте взглянем на то, как странно обстоят дела сегодня.

12

Под ударами судьбы

На покрытых лесом склонах Австрийских Альп неподалеку от Вены есть виноградник, а в нем хижина с маленьким зеркальцем в окне. Этому винограднику не одна сотня лет – когда в 1920 году Отто Нейрат, один из основателей Венского кружка, встретился на соседнем пригорке с Эйнштейном и другими учеными, чтобы обсудить с ними свою идею «Международной энциклопедии объединенной науки»[681], эта винодельня уже считалась очень старой. Но зеркало в окне появилось там совсем недавно. В 2011 году его в качестве элемента сети дистанционного квантового шифрования установили там студенты Института квантовой оптики и квантовой информации Венского университета. Под руководством профессора Антона Цайлингера студенты обстреливали зеркало индивидуальными фотонами, посылая их из лаборатории на последнем этаже их учебного корпуса в центре Вены, в пяти километрах от виноградника. На крыше того же здания установили специально оборудованный телескоп, названный в честь Хеди Ламарр, венской кинозвезды и одной из пионерок криптографии, – он был наведен на зеркало в окошке винодельни и тщательно собирал отраженный им свет, который дошел до его объектива сквозь турбулентные потоки воздуха над Веной.

Этот экспериментальный трюк, который невозможно представить в отрыве от мысленных экспериментов основателей квантовой теории, был всего-навсего тестом. Зато сейчас Цайлингер и его студенты используют это оборудование для обмена фотонами со специально спроектированным низкоорбитальным спутником Земли. Они пытаются осуществить передачу квантовой шифровки между Веной и Юньнаньской астрономической обсерваторией в Китае, где физик Цзяньвэй Пань, тоже бывший студент Цайлингера, уже собрал очень похожую установку. И если только прошлый опыт как-то помогает будущему, их, вероятно, ждет успех: Цайлингер – признанный мастер эксперимента по манипуляциям с фотонами. Его группа уже продемонстрировала, что может обмениваться отдельными фотонами на расстояниях, гораздо больших, чем 10 километров от лаборатории до зеркала на винограднике и обратно. В 2012 году они успешно отправляли запутанные фотоны на расстояние в 143 километра между островами Канарского архипелага Ла Пальма и Тенерифе[682]. А еще Цайлингер посвятил несколько десятков лет постановке усовершенствованных версий экспериментов Белла в модификации Аспе – в ходе этих опытов существование квантовой нелокальности удостоверялось с громадной точностью.

И все же, несмотря на свое близкое знакомство с самыми экстравагантными аспектами квантового мира, у Цайлингера не было никаких колебаний в отношении копенгагенской интерпретации. «Квантовое состояние, по Гейзенбергу, – это математическое представление нашего знания, – говорил он. – Оно дает нам множество возможных результатов будущих измерений вместе с их вероятностями». Для Цайлингера измерение играет в квантовой физике центральную роль. «Проблемы измерения не существует, – заявляет он. – Результат измерения находится в классическом мире, а квантовое состояние относится к миру квантовому, который, согласно Гейзенбергу, существует лишь в форме математического представления <…> То, о чем можно говорить на нашем классическом языке, – объективно существующие объекты Вселенной, классические объекты. И это все. Только они и являются реальными, остальное – математика»[683]. Другими словами, есть два мира: мир реально существующих объектов повседневной жизни, подчиняющийся законам классической доквантовой физики, и квантовый «мир», не обладающий реальностью в том же смысле, в каком ею обладает мир классический, – в точности как говорил Гейзенберг. Однако Цайлингер не думает, что между этими мирами есть четкая грань, некая граница, за которой квантовая физика неприменима. «Никакой фундаментальной разделительной линии не существует, – говорит он. – Есть переход от классического к квантовому, но не граница между ними». В словах Цайлингера нет ничего неожиданного: почти никто из физиков больше не думает, что такая фундаментальная грань существует. Одно из наиболее убедительных доказательств этому нашел сам Цайлингер. Еще в 1999 году он и его сотрудники, применив множество технических ухищрений, сумели получить фуллерен – конгломерат из шестидесяти углеродных атомов, напоминающий по форме футбольный мяч, интерферирующий сам с собой, наподобие фотона в эксперименте с двойной щелью[684]. Найти квантовые эффекты в объекте, настолько большем, чем индивидуальная субатомная частица (хоть и по-прежнему примерно в миллиард раз меньшем, чем объекты нашей повседневной жизни), некоторым из отцов-основателей квантовой физики могло бы показаться чудом. Но Цайлингер, блестящий экспериментатор, твердо решил продемонстрировать всем, что законы квантовой физики неподвластны никаким ограничениям.

Но тогда возникает вопрос: если объективно существуют только классические объекты, но при этом законы квантовой физики применимы повсюду, то что значит слово «классические»? Или, в более общем смысле, как можем мы объяснить мир, который видим вокруг себя? Согласно Цайлингеру, наш повседневный мир классический – но квантовая физика тоже должна правильно описывать то, что мы видим в нем, ведь ее применимость неограниченна. Как же можем мы образовать согласованную, целостную картину реальности из этой версии копенгагенской интерпретации? Цайлингер отвечает на этот вопрос неожиданно просто. «Я не знаю, что вы под этим подразумеваете, – говорит он. – Думаю даже, что и вы не можете точно определить, что это означает»[685].

Какого черта?!

* * *

С Цайлингером согласны далеко не все физики. «Копенгагенская интерпретация предполагает существование таинственного разделения между микроскопическим миром, управляемым законами квантовой механики, и макроскопическим миром [измерительных] устройств и наблюдателей, который подчиняется классической физике, – говорит Стивен Вайнберг, лауреат Нобелевской премии по физике за 1979 год. – Это представление очевидно неудовлетворительно. Если квантовая механика применима ко всему, она должна быть применима и к устройствам для физических измерений, и к самим физикам. С другой стороны, если квантовая механика не может быть применима ко всему, мы должны знать, где провести границу ее области применимости. Применима ли она только к системам не слишком больших размеров? Применима ли она, если измерение выполнено автоматическим устройством и ни один человек не знакомится с результатом этого измерения?»[686] Герард ‘т Хоофт, лауреат Нобелевской премии по физике за 1999 год, предпочитает более примирительный тон. «Я согласен со всем, что говорят [копенгагенцы], кроме только одного – я не согласен с тем, что нельзя задавать никаких вопросов, – настаивает он. – Или, точнее, что есть вопросы, которые задавать не следует. Нет, говорю я, нет, я все равно буду их задавать. Вы не хотите, чтобы я спрашивал? Извините, но у меня острое чувство, что здесь еще очень многое можно сказать и что спрашивать полезно»[687]. А сэр Энтони Леггетт, обладатель Нобелевской премии по физике 2003 года, делает «страшное признание: если вы придете ко мне днем, то увидите, что я сижу за столом и решаю уравнение Шрёдингера <…>, как делают и все мои коллеги. Но иногда в ночи, когда сияет полная луна, я занимаюсь тем, что в физическом сообществе является интеллектуальным эквивалентом превращения в оборотня. Я задаю себе вопрос, является ли квантовая механика полной и окончательной правдой о законах физической Вселенной. В частности, я спрашиваю себя, вправду ли принцип суперпозиции можно экстраполировать на макроскопический уровень способом, который требуется для того, чтобы вызвать парадокс квантового измерения. Что еще хуже, я склоняюсь к убеждению, что в некоторой точке между атомом и человеческим мозгом разрыв между этими уровнями не только может, но и должен существовать»[688].

Но Вайнберг, ‘т Хоофт и Леггетт – исключения среди физиков. Гораздо большее распространение имеют такие взгляды, как у Цайлингера. За последние лет двадцать проведено много неформальных опросов, в которых физиков спрашивали о том, какую интерпретацию квантовой физики они считают предпочтительной[689]. По данным этих опросов копенгагенская интерпретация лидирует с большим отрывом. И есть основания считать, что, по этим данным, поддержка «копенгагенских» взглядов среди физиков еще и заметно занижена – ведь такие опросы обычно проводятся на конференциях по основам квантовых принципов[690]. Оценка получается смещенной: ведь все еще есть много физиков, которые никогда не ездят на такие конференции, считая их напрасной тратой времени. Они уверены, что все проблемы, существовавшие в этой области, уже давным-давно решены – в рамках все той же копенгагенской интерпретации.

Странно, впрочем, что Цайлингер затрудняется дать ссылку на какой бы то ни было источник, в котором копенгагенская интерпретация была бы ясно очерчена. «Возможно, мне или кому-нибудь еще стоит написать ясное и четкое изложение квантовой механики»[691], – писал он. Причина отчасти в том, что Бор, мысль об обращении к работам которого сразу же возникает, отличался невероятной (и всем известной) неясностью изложения. Но у затруднений с источниками есть и другая, более глубокая причина. «Копенгагенская интерпретация больше не является главенствующей», – говорит специалист по истории физики Сэм Швебер (который, как мы помним по главе 5, когда-то вызволил Дэвида Бома из-под ареста). В оригинальной олдскульной версии копенгагенской интерпретации классические объекты, такие как измерительные устройства, нельзя было даже принципиально описать на языке квантовой физики. Но сегодня, указывает Швебер, почти все физики согласны с Цайлингером в том, что принципиальных пределов у квантового описания не существует. Почему же тогда, спрашивается, так много физиков все еще считают, что они верны копенгагенской интерпретации? Как могут столь многие из них, как Хитрый Койот из мультика, беспечно забегать за грань квантовой пропасти, не представляя себе, с какой огромной высоты им придется падать? «Это уже другая история», – говорит Швебер[692].

Отчасти проблема заключается в том, что какой-то одной «копенгагенской интерпретации» нет и никогда не было. Название “копенгагенская интерпретация” сделалось довольно скользким, – писала Нина Эмери, специалист по философии физики из женского колледжа Маунт Холиок. – И эта смысловая путаница помогает физикам уклоняться от прямого разговора о возникающих здесь нестыковках. Например, когда вы подталкиваете их к мысли, что измерения вызывают коллапс волновой функции, они принимаются вместо ответа говорить о разных аспектах видения этой проблемы Бором или увязают в математических тонкостях. А если вы указываете им на неувязки в боровском подходе, они возвращаются к разговорам о том, что измерения вызывают коллапс»[693]. Возможности гибкого маневрирования, связанного с такими противоречивыми позициями, позволяют легко отражать любые атаки на «истинную» копенгагенскую интерпретацию. Защищая ее, физики просто перепрыгивают с одной позиции на другую – иногда даже не осознавая, что совершают эти «прыжки».

Но если вы принадлежите к лагерю «инструменталистов» – считаете, что наука есть не более чем инструмент для предсказывания исходов экспериментов, тогда эти прыжки для вас ничего не значат. Ведь вы все равно считаете вопросы интерпретации бессмысленными и ненаучными. Не играет никакой роли, придерживаетесь ли вы однозначного и последовательного мнения о значении квантовой теории. Значение имеет только то, что вы можете непосредственно наблюдать. Эти сильно отдающие позитивизмом идеи все еще очень популярны среди физиков, особенно когда речь идет о квантовой физике. Цайлингер предположил, что «послание кванта» сводится к довольно-таки позитивистской идее о том, что «различия между реальностью и нашим знанием о реальности, между реальностью и информацией провести невозможно»[694]. А выдающийся физик Фримен Дайсон, как до него Розенфельд, считает, что ненаблюдаемыми могут оказаться любые следствия теории квантовой гравитации, что, по его словам, «означало бы невозможность проверки теорий квантовой гравитации и тем самым лишило бы эти теории всякого научного смысла»[695] – в истинно позитивистском стиле.

Но ведь философы уже более полувека тому назад поняли, что такие позитивистские утверждения изначально порочны. А сегодняшние «философы от физики» отвергают копенгагенскую интерпретацию почти единодушно. (Современным «философским стандартом» физики по-прежнему остается научный реализм, хотя начиная с 1980 года кое в чем наблюдается возврат к некоторой разновидности логического эмпиризма; но даже самые непреклонные защитники эмпиризма сейчас не сомневаются, что наивный позитивизм, на который привычно опирается «копенгагенская идея», больше не работает[696].) Как же вышло, что за все это время физики не вняли голосу философов? Причина отчасти в том, что физики, вообще говоря, не очень-то разбираются в философии. В отношениях между этими двумя областями знания наблюдается разительная асимметрия: в то время как философы обычно относятся к физике очень серьезно[697], а специалисты по философии физики свободно владеют математическим аппаратом последней и часто имеют высокую квалификацию в обеих науках, искушенные в философии физики встречаются редко. Но, несмотря на свое философское невежество (или скорее как раз по причине этого невежества), некоторые физики высказываются в адрес философии явно уничижительно. «Философия мертва[698], – провозгласил Стивен Хокинг в 2011 году. – Философы не в курсе современных достижений науки, в особенности физики». А если верить Нилу Деграссу Тайсону, изучение философии «может совершенно сбить вас с толку». «Практически начиная с появления квантовой механики <…> философия в целом разошлась с передовым направлением развития физических наук, – заявляет Тайсон. – Меня это огорчает – в этой области скопилось много интеллектуальных сил, которые могли бы блестяще проявить себя, но они просто пропадают впустую»[699]. Физик Лоренс Краусс высказал догадку, что антагонизм между физикой и философией коренится в испытываемой частью философов зависти: «ведь наука идет вперед, а философия нет». «Философия, к сожалению, заставляет меня вспомнить старую шутку Вуди Аллена: “кто сам ничего не умеет делать, учит других, а те, кто и учить не умеет, преподают физкультуру”. А самое ужасное в философии – это философия науки <…> Просто невозможно понять, для чего она нужна»[700].

Эти заявления просто дремуче невежественны. Но ведь Хокинга, Тайсона и Краусса, уж конечно, дураками не назовешь – отчего же они так мало знают о философии? Их позиция выглядит еще более странной в исторической перспективе. Ведь всего несколько поколений назад, во времена рождения квантовой физики, все физики получали какое-то философское образование. Эйнштейн читал Маха, Бор – Канта. Но случившиеся после Второй мировой войны перемены в стратегии финансирования исследований и в системе подготовки физиков привели к еще более широким переменам в учебных программах университетов. Для поколения Эйнштейна и Бора философия была составной частью фундаментального образования в Центральной Европе. Но в послевоенной Америке умному и старательному студенту было (и осталось) сравнительно легко пройти весь путь от детского сада до получения докторской степени по физике в престижном университете, не открыв ни одной книги по философии.

Нет, это не тоска по «добрым старым временам». Да и проблему невнимания физиков к философии совсем новой не назовешь. Даже Эйнштейн жаловался на нее, на то, как это невнимание помогает защищать копенгагенскую интерпретацию. «Это положение дел сохранится еще на много, много лет, – писал он в 1951 году, – главным образом потому, что физики не прислушиваются к логическим и философским аргументам»[701]. Все-таки в большинстве аспектов образование и возможности его получения сейчас гораздо лучше, чем когда бы то ни было. Однако за последнее столетие случился гигантский рост объема знаний и информации, который привел к тому, что образование неизбежно сделалось высокоспециализированным. В этом нет ничего плохого, но специализация ставит границы, накладывает ограничения на получение нового знания. Хорошие специалисты это понимают. Согласимся – вряд ли Хокинг, Тайсон или Краусс позволили бы себе столь сильные критические заявления во многих областях, в которых они не специализируются, например в паразитологии или методах промышленного производства листовой стали. Так почему же они так беззаботно разглагольствуют о философии? Почему философия не пользуется уважением у многих физиков (и других ученых всех мастей)?

У философии есть трудности с имиджем. Философами называют мистиков, религиозных деятелей, болтунов, которые упиваются своим красноречием, – всех, чьи слова не имеют ничего общего с реальностью. Сфера философии в целом воспринимается как пристанище людей, кто тысячелетиями задает себе одни и те же «вечные вопросы» – о смысле жизни, о необходимости страданий – и не получает на них никаких вразумительных ответов. Философы науки, в частности физической, да и большинство других философов от такого представления очень далеки: они работают над решением четко поставленных вопросов, опираясь на строгий логический подход и последние достижения науки в соединении с непосредственным чувственным опытом. Как вышло, что практика философии и ее восприятие в глазах общества разошлись столь поразительным образом – тема совсем другой книги. Но частично ответ на этот вопрос, вероятно, надо искать в разрыве между двумя основными ветвями современной западной философии – аналитической и континентальной. (Эти названия имеют в целом историческое и довольно случайное происхождение, мало связанное с их содержанием.) Как произошел этот разрыв – длинная и сложная история, которая имеет отношение к спорам между позитивистами и немецкими идеалистами (об этом вскользь говорилось в главе 8). Большинство «философов от физики» принадлежат к аналитической ветви; большинство же философов последних семидесяти лет, имена которых у всех на слуху, скорее всего, окажутся «континентальными». Эти философы, такие как Сартр, Камю, Фуко, Деррида и Жижек, сделались публичными фигурами, что с аналитическими философами происходит очень редко. Континентальные философы, как правило, гораздо более подозрительно, чем аналитические, относятся к научным декларациям, касающимся вопросов знания и истины. Однако издалека различие между этими двумя видами философии не сразу заметно – большинство ученых никогда и не слыхивали о разделении философии на аналитическую и континентальную. Поэтому и выходит: так как большинство хорошо заметных и публично известных современных философов относится к континентальным, то при том отношении к науке, которое некоторые (но не все) континентальные философы демонстрируют, не слишком удивительно, что ученые частенько презирают всех философов, а иногда даже думают, что могут заниматься философией с бо́льшим успехом, чем способны на это сами философы.

Но дело далеко не только в этом. Нельзя сказать, что все физики, поддерживающие копенгагенскую интерпретацию, просто не разбираются в философии. Скажем, Цайлингер побывал на множестве конференций по основам квантовых принципов с участием специалистов по философии физики. Он, несомненно, знаком с историей развития позитивизма в своей родной Вене. И не скажешь, что широкая поддержка копенгагенской интерпретации среди физиков основана на их глубокой приверженности идеям позитивизма, скорее наоборот. Все мы, физики, еще на школьной скамье приобщились к какой-то форме копенгагенской интерпретации, и многие из нас ее приняли. А стоит вам усвоить «копенгагенское» мировоззрение – и вы, скорее всего, сделаетесь склонны к позитивизму и связанным с ним взглядам. Так что, наверное, дело не в том, что физики склонны занимать позицию, которая освобождает их от ответственности, связанной с разговором о реальности, – наверное, просто такие позиции становятся привлекательными для тех, кто принял «копенгагенский» угол зрения. Но тогда мы возвращаемся ровно к тому, с чего начали: чем же так притягательна копенгагенская интерпретация?

* * *

«Если бы мне надо было выразить одной фразой, к чему меня призывает копенгагенская интерпретация, – писал физик Дэвид Мермин в 1989 году, – это была бы фраза “Заткнись и вычисляй!”»[702]. Это заявление Мермин сопроводил кратким, но выразительным комментарием: «Но я не заткнусь!» Тем не менее пущенный Мермином в обиход мем «заткнись и вычисляй» обрел собственную жизнь и быстро сделался у физиков своеобразным лозунгом, сжато передающим смысл копенгагенской интерпретации. Его по ошибке приписали было Ричарду Фейнману, и в конце концов даже сам Мермин забыл о своем авторстве[703]. Только спустя годы он наткнулся на свой текст с этим выражением.

«Заткнись и вычисляй!», конечно, звучит не очень вдохновляюще, если у вас нет особой склонности к математике. Но даже если вы физик, какая особая доблесть в том, чтобы заткнуться и вычислять? Мермин ответил на этот вопрос в своей статье 1989 года. «В квантовой теории это факт первостепенной важности, без конца превозносимый во всех популярных и полупопулярных источниках: она позволяет вычислять измеряемые значения физических параметров с беспрецедентной точностью»[704]. Квантовая физика работает. Основанные на ее теории вычисления поражают широтой диапазона применимости и точностью результатов. Квантовая физика рассказывает нам, сколько времени требуется держать на огне сковородку, чтобы приготовить яичницу, и какого максимального размера может достичь умирающая звезда, белый карлик, чтобы не сколлапсировать. Она раскрывает перед нами точную форму двойной спирали молекулы ДНК, основы жизни, сообщает возраст палеолитического скота на каменных стенах пещеры Ласко, описывает радиоактивный распад атомов, происходивший под каменным щитом Африканского материка за миллиарды лет до Оппенгеймера и Св. Троицы. Она позволяет нам с невообразимой точностью вычислить уровень освещенности в самую темную из возможных ночей. Она раскрывает перед нами историю Вселенной в горсточке пыли. И если, чтобы выполнить все эти вычисления, надо заткнуться – значит найди кляп понадежнее и распечатай новую пачку бумаги для расчетов.

Но почему за результаты вычислений надо платить такую цену? Почему копенгагенская идея требует заткнуться, чтобы вычислять? И если уж на то пошло, как копенгагенская интерпретация вообще позволяет вам что-либо вычислять? Ведь проблема измерения настолько тесно связана с самой основой квантовой физики, что, не получив хоть какого-то ответа на этот вопрос, невозможно пользоваться достижениями ее теории. Чтобы пробираться сквозь дебри ее изощренной математики, вам не обойтись без направляющей интерпретации – а Копенгаген, как мы неоднократно убеждались, такой возможности нам не предоставляет. Нет, это не истинная интерпретация. Как же тогда молчание поможет вам в ваших вычислениях?

Обычное описание копенгагенской интерпретации в учебниках физики дает понять (явно или неявно), что измерение – процесс, фундаментальным образом отличный от любого другого процесса, встречающегося в природе, и что «измерение» по определению – это то, что происходит «каждый раз, когда большой объект входит в соприкосновение с малым». Крупные объекты попросту считаются такими, которые подчиняются классической физике, даже при том условии, что квантовая физика представляется студенту как теория, более фундаментальная, чем физика классическая, и как основа физики классической. Коротко говоря, студентам в неявной форме предлагается принять как часть основной структуры квантовой физики представление о двух мирах, классическом и квантовом, – в точности как учил Бор. Но в то же самое время студентам говорят и о том, что квантовая физика – фундаментальная теория, из которой выводится физика классическая. Таким образом, студентам, изучающим квантовую физику, предлагается проглотить следующее противоречие: с одной стороны, им говорят, что идея классического объекта логически предшествует идее квантовой физики, так как идея классического объекта необходима, чтобы определить, когда произошло измерение. С другой же стороны, им говорят, что квантовая физика логически предшествует классической, так как последняя вытекает из первой. Но эти два подхода не могут быть верны одновременно! И на практике версия копенгагенской интерпретации, чаще всего излагаемая в учебниках и «в жизни», отдает предпочтение первому подходу перед вторым. Некоторые объекты просто объявляются классическими; именно взаимодействие с такими объектами и определяется в рамках квантовой физики как измерение, чем проблема измерения и «решается» – достаточно хорошо, чтобы позволить производить вычисления. Разумеется, большинство физиков (включая и автора этой книги) тоже считают квантовую физику основой классической. Но когда мы реально производим вычисления в рамках квантовой физики, на этот факт удобнее закрыть глаза и просто трактовать некоторые объекты как изъятые из сферы действия уравнения Шрёдингера. Отсюда и продиктованная отчаянием необходимость заткнуться при выполнении вычислений.

Находились физики, которые пытались в ходе своих вычислений следовать идее фундаментальности квантовой физики. Чтобы осуществить такой подход, им приходилось отказаться от «копенгагенского» решения проблемы измерения и построить другую концепцию ее решения. Другими словами, этим людям, таким как Дэвид Бом и Хью Эверетт, пришлось разрабатывать новые интерпретации квантовой физики, ведь копенгагенская интерпретация не принимает квантовую физику всерьез. Она требует от нас расстаться с мыслью, что квантовая физика может использоваться для описания всего, что существует во Вселенной, требует ограничить ее использование определенной областью. Сегодня большинство физиков согласны с Цайлингером в том, что для применимости квантовой физики границ не существует, но способ, которым квантовой физике обычно учат и которым ее используют, этому идеалу не соответствует.

Тем не менее в этом свете привлекательность копенгагенского подхода имеет некоторый смысл. Квантовая физика в течение последних девяноста лет была двигателем технического и научного прогресса: она принесла нам ядерную энергию, современные компьютеры, интернет. Основанная на квантовых принципах техника получения медицинских изображений коренным образом изменила облик здравоохранения; квантовые изображения на более мелких масштабах произвели революцию в биологии и открыли совершенно новую область молекулярной генетики. Этот перечень можно продолжать. Вы можете заключить сепаратный мир с Копенгагеном и внести ваш вклад в эту головокружительную научную революцию – или принять квантовую физику всерьез и оказаться лицом к лицу с проблемой, с которой не смог справиться даже Эйнштейн. Нет, никогда еще никто не получал столько выгоды от того, чтобы заткнуться.

* * *

Но здесь на карту поставлено больше, чем выбор между простым прагматическим желанием заниматься физикой или решением вступить в стычку между физикой и философией. В конечном счете это история о людях. «История проблемы измерения, – говорил Дэвид Альберт, – была для [физического] сообщества очень болезненной. Разрушено множество карьер. Для физики этот вопрос в целом оказался настоящей травмой в психологическом смысле слова»[705]. История основ квантовых принципов буквально пропитана личным началом. Если бы политические убеждения Дэвида Бома были более приемлемыми, если бы Хью Эверетт не так люто ненавидел публичные выступления, если бы Эйнштейн имел харизму Бора, история, рассказанная в этой книге, вероятно, была бы совершенно иной. Так много случившихся в ней ключевых событий зависело не от научных соображений, а от политических, общественных, межличностных взаимодействий. И в этом, возможно, еще одна причина такой популярности копенгагенской интерпретации: дело не в том, что она чем-то лучше другой или что она больше соответствует нуждам физиков, а просто в том, что она была первой.

Если принять наивную точку зрения на науку как на механизм получения Единственного Правильного Ответа из доступных нам данных, как в каком-нибудь из рассказов о Шерлоке Холмсе, то эта идея выглядит обескураживающей. (Да и вся эта книга, конечно, обескуражит любого, кто такой точки зрения придерживается.) Ведь если чисто внешние обстоятельства могут оказывать столь серьезное влияние на фундаментальную физику, то можно ли найти хоть что-то в науке, что может остаться в стороне от таких обстоятельств? И конечно, дело не ограничивается проблемой основ квантовых принципов: вся наука в целом уязвима, подвержена влиянию «человеческого фактора» и того, что происходит в разнообразных сферах человеческой деятельности – политики, истории, культуры, экономики, искусства. С этим согласится большинство ученых. Но одно дело – соглашаться с абстрактным существованием в науке вненаучных факторов, и совсем другое – столкнуться с конкретным примером действия этих факторов. Сама мысль, что нечто столь всеобъемлющее и основополагающее, как копенгагенская интерпретация, способно оказаться доминирующим по случайным и не имеющим прямого отношения к науке причинам, может быть поистине страшной, особенно для тех, кто посвятил физике всю свою жизнь без остатка. Ведь если пожертвовать «копенгагенской идеей», «тогда у вас появляется выбор из нескольких возможностей, а если их несколько, то как решить, какую из них выбрать? – спрашивает Дорин Фрэзер, специалист по философии физики из университета Ватерлоо. – Не будет ли ваше решение определяться вашими предрассудками о том, что интересно и что неинтересно? Вообще-то, в значительной степени дело обстоит именно так, но признаться себе в этом как-то неловко»[706]. Эта неловкость, этот страх перед выбором – еще одна причина соблазнительности принципа «заткнись и вычисляй» для физика. Но если мы поддадимся этому страху, нам будет труднее увидеть, откуда берутся наши предрассудки.

В их число входит множество факторов, роль которых обсуждалась в этой книге: политические соображения, принципы финансирования, идейная атмосфера того или иного места и времени, да и просто межличностные отношения и споры. Многие из таких тенденций проявляются в нашем повествовании и подспудно, не выступая на первый план. За тридцать лет до Белла несостоятельность доказательства фон Неймана показала математик Грета Герман, немка. Однако в то время, в 1935 году, никто этого не заметил. Не потому ли, что она была женщиной? Ведь женщины тогда, как правило, даже не допускались к преподаванию в университетах. Мы уже видели, как специализация в области оснований квантовой физики становилась клеймом, способным погубить профессиональную карьеру любого физика. Нетрудно представить себе, что таким же клеймом, с которым вам не было ходу в науке и в академической среде в целом, мог быть ваш пол или цвет кожи – поэтому в нашем рассказе вы почти не встретите женщин или людей, не относящихся к белой расе. Наука все еще пропитана предрассудками – в отношении не только идей, но и людей.

Однако само по себе наличие этих предрассудков не значит, что наука не отличается от всех других областей человеческой деятельности или что научная истина не отличается от ни на чем не основанных фантазий, которые не имеют никакого отношения к эксперименту или реальности. Содержание лучших научных теорий все-таки не вполне определяется нашей тенденциозностью и нашими предрассудками – реальность берет свое, она опрокидывает наши предубеждения, и чем сильнее она дает им отпор, тем лучше. Ведь этот отпор и кладет пределы нашим научным гипотезам. Между позициями «наука – область чистого рационального знания» и «наука – это просто ахинея, которую выдумывает кто попало» лежит обширная «ничейная территория», на которой, как мы видели в этой книге, достаточно места для человеческого взаимодействия. Но это совсем не значит, что науке не следует доверять, – это так же наивно, как и позиция Шерлока Холмса «наука знает все».

Все это приводит нас к мысли, что история основ квантовых принципов, по-видимому, не проясняет вопроса о том, как работает наука. Мы видели, как она не работает – она не занимается проверкой и подтверждением чисто эмпирических утверждений, как считали позитивисты; она не сводится к доказательству фальсифицируемости, как думал Поппер; и она не является полностью независимой от действия сложных исторических сил, то швырявших в разные стороны, то поддерживавших на плаву персонажей нашей книги. Так как же наука работает? Как уже сказано в конце главы 11, это фантастически сложный вопрос, для полного ответа на который могла бы понадобиться еще одна книга. Но краткий ответ заключается в том, что наука – это сочетание эксперимента, математических и логических рассуждений, обобщающих объяснений, а также предубеждений и пристрастий, порождаемых обстоятельствами жизни ученых и культурой, в которой формируются их личности. Роль субъективных факторов мы стараемся ослабить; это не всегда удается, но открытые усилия по их учету и уменьшению – важная часть процесса. На достижение этой цели направлен весь формировавшийся веками гигантский механизм науки. Если вспомнить о феноменальной мощи, достигнутой наукой в объяснении и предсказании явлений, придется согласиться, что будет верхом глупости ставить на одну доску научные истины и досужие домыслы, религиозные догматы или глубоко укоренившиеся культурные ценности. В рамках истинной науки нет других авторитетов, кроме опыта и эмпирических данных. Она никогда не достигает полного и окончательного успеха. Но из всех способов, которые мы, мыслящие обезьяны, изобрели для познания не нами созданного мира вокруг нас, именно она нашла больше ключей к его объяснению и более всех приблизилась к пониманию его природы.

* * *

История поисков смысла квантовой физики, конечно, сугубо научная. И все же, как мы видели на протяжении всего повествования, игра культурных и исторических факторов глубоко отразилась в ней. Это, разумеется, не удивительно – но и тревожно. Как провести границу между такими спорами, какие шли (и идут) вокруг вопроса об основах квантовых принципов, – обоснованными, ведущимися по определенным правилам научными дискуссиями – и надуманными псевдоспорами о науке вроде «дебатов» о теории эволюции, о глобальном потеплении, о гомеопатии? В конце концов, почему бы их и не сравнить: если ты веришь (ошибочно, разумеется), что изменений климата не существует, никакой эволюции не было, а гомеопатия работает, то все эти споры сводятся к борьбе непримиримой кучки независимых мыслителей, готовых пожертвовать всем ради истины, против всеподавляющего консенсуса «официальной науки». Но это внешнее сходство всего лишь иллюзия. Дебаты об эволюции, глобальном потеплении и гомеопатии открыто фабрикуются и финансируются разнообразными корпоративными, религиозными и политическими организациями, находящимися вне науки. Эти организации ничуть не заинтересованы в том, чтобы отделить человеческие предрассудки от нашего миропонимания. Они вовсе не настроены на серьезное научное обсуждение – преследуя свои цели, они лишь прикрывают свои усилия тонкой патиной мнимой научной респектабельности, что кажется им достаточным, чтобы их заявления могли претендовать на такой же или даже больший вес, чем существующие общепринятые научные мнения. Они не заинтересованы в анализе и проверке данных и с облегчением отбрасывают их, как только видят, что эти данные не соответствуют их заранее предопределенным выводам; взамен они изобретают новые, удобные для них «данные». При обсуждениях глобального потепления и теории эволюции они изобретают несуществующие «противоречия», чтобы противодействовать воображаемой политической ангажированности науки и ученых. И надо сказать, что те, кто поддерживает идеи креационизма и отрицает реальность изменений климата, в этом правы – наука действительно всегда была связана с политикой в том смысле, что она всегда пытается наилучшим образом обеспечить информированность политических решений в общественно значимых областях. А для институтов, продвигающих антинаучные взгляды, наука, конечно, всегда представляет опасность. Наука всегда будет создавать политическую угрозу для некоторых общественных институтов просто в силу того, что ее законы подразумевают отсутствие уважения к любым авторитетам – только к данным и логике. Что ж, тем хуже для этих институтов. И в этом еще один признак отличия таких «дебатов» от споров вокруг основ квантовых принципов – те, кто в них выступает против сложившегося в науке консенсуса, объединяется (и часто финансируется) группами, открыто выступающими против самой идеи науки, такими, например, как некоторые религиозные фундаменталисты.

В противоположность этому все, кто дискутирует об основах квантовых принципов, изначально исходят из признания адекватности научного подхода – иначе и дискутировать было бы не о чем. Невзирая на глубокий, а иногда и болезненный конфликт по поводу копенгагенской интерпретации, никто из упомянутых в этой книге физиков не сомневался в истинности квантовой физики или по крайней мере в том, что она дает прекрасное приближение какой-то более глубокой теории. Никто из них не ставил под сомнение достоверность экспериментальных данных – ни тех, которые привели к самому появлению квантовой физики, ни тех, которые впоследствии подтвердили предсказания, вытекающие из развития квантовой теории Гейзенбергом, Шрёдингером и другими. Не предпринималось скоординированных, организованных усилий с целью сохранить доминирующее положение копенгагенской идеи. В этих дискуссиях не было признаков какого-либо «заговора», от их исхода не зависели ни корпоративные, ни политические интересы – это был профессиональный спор физиков о значении теории, которая, по их общему мнению, истинна. Да, спор об основах квантовых принципов в целом сводится к тому, насколько серьезно следует относиться к квантовой физике, – но «отступники» от копенгагенской позиции были как раз теми, кто доказывал, что относиться к квантовой физике надо со всей возможной серьезностью, как к универсальной «теории всего».

И все-таки есть один аспект, в котором у истории основ квантовых принципов действительно есть кое-что общее с публичными дебатами между наукой и псевдонаукой. Своей туманностью, обманчивыми намеками на фундаментальную роль человеческого сознания во Вселенной и обилием внутренних противоречий копенгагенская интерпретация превратила квантовую физику в неистощимый источник мнимо-серьезных аргументов, постоянно питающих бурный и мутный поток оккультной чепухи и лженаучных домыслов. В телевизионном шоу «Футурама» это едко и точно отметили, изобразив профессора физики, в 3008 году заявляющего: «Как учил Дипак Чопра, квантовая физика утверждает, что все что угодно может случиться когда угодно и без всякой на то причины». Чопра действительно заявляет, что сознание порождается квантовой запутанностью и что «квантовое целительство» позволяет чистой силой духа лечить любые телесные недомогания. «Наши тела в конечном счете представляют собой информационные, интеллектуальные и энергетические поля, – говорит он. – Квантовое целительство включает в себя сдвиг поля энергетической информации с целью внесения коррекции в идею, которая дала сбой»[707]. Чопра далеко не одинок в своих домыслах о мифических возможностях применения квантовой физики в медицине. Бесчисленные жулики, называющие себя «квантовыми целителями», уверяют, что способны направить ваши мысли на перестройку тела на квантовом уровне – что бы это ни значило. Возможно, самый одиозный пример – это такие бестселлеры, как «Секрет», тиражирующие абсолютно фантастические вымыслы о мощи квантовой физики; они продаются так успешно, что породили целое семейство пиратских книжонок с названиями вроде «Почему у квантовых физиков не бывает неудач» и «Почему квантовые физики не толстеют». (Мой личный опыт позволяет категорически утверждать, что оба заголовка – ложь.) Авторы этих книжонок, задыхаясь от восторга, внушают вам, что вы легко можете достичь всего, чего пожелаете, надо просто очень сильно этого захотеть! Тогда вы перестроите вашу реальность – ведь квантовая физика «доказала» фундаментальную роль сознательного наблюдателя в сотворении окружающей нас Вселенной.

В этой ситуации бездна иронии: ведь критики некопенгагенских интерпретаций квантовой физики часто говорят, что недовольство копенгагенским подходом проистекает из желания сохранить разумную, «нормальную» картину мира, какой она представала в классической физике. Но на деле копенгагенская интерпретация восходит к гораздо более древнему и более комфортному видению мира, чем то, что предлагается любой другой квантовой интерпретацией. «Копенгагенцы» ставят человека, и тем самым, конечно, самих себя, в самый центр Вселенной. Человек оказывается в этой картине важнее всего остального, а весь остальной мир вращается вокруг него – совсем как у древних. Именно поэтому квантовая физика и сохраняет такую притягательность для «альтернативщиков». Копенгагенская интерпретация делает физику привычной и удобной, она во многом отказывается от непонятного и заставляет смириться с современным видением Вселенной. И если мы хоть немного надеемся достичь понимания Вселенной, мы должны осмелиться представить себе мир, не ограниченный нашим локальным кругозором.

* * *

Но какое все это имеет значение? Ведь если принцип «заткнись и вычисляй» работает – а он работает, – зачем физикам нужно что-то еще? И значит ли это хоть что-нибудь для тех, кто физиками не является?

Да, конечно, квантово-механические вычисления дадут один и тот же ответ, независимо от того, предпочитаем мы интерпретацию копенгагенскую, многомировую, основанную на идее волны-пилота, или какую-нибудь еще. Даже теории, альтернативные по отношению к квантовой физике как теории спонтанного коллапса, дадут такие же ответы почти во всех ситуациях. Некоторые поэтому говорят, как, например, Вольфганг Паули говорил Бому: поскольку различные интерпретации не приводят к новым предсказаниям, давайте придерживаться копенгагенской. Это, пожалуй, глупый аргумент – вы ведь могли бы с тем же успехом сказать и «давайте придерживаться многомировой интерпретации» или любой другой.

Другие считают, что поиски альтернатив «копенгагенской идее» обусловлены желанием сделать мир менее таинственным и запутанным, чем его делает копенгагенский подход. А это, по их мнению, значит, что нам следует не бежать от этой таинственности, а принять ее. Любое неудобство, связанное с копенгагенской интерпретацией, всего лишь признак ограниченности нашей человеческой способности понять мир квантов. Этот аргумент приобрел бы больший вес, если бы у копенгагенской интерпретации не было реальных альтернатив, если бы ее выводы оказались вынужденными. Но здесь есть и другая проблема. «Все предложения по поводу решения проблемы измерения в том или ином отношении необычны и таинственны, – говорит Дэвид Альберт. – Теорема Белла как раз и доказывает их вынужденную странность <…> [Но] между “странным” и “противоречивым”, с одной стороны, и “невразумительным” – с другой, огромная разница». Многие физики, добавляет Альберт, этого различия, по-видимому, все еще не осознают. «Эти физики говорят: “Ну да, копенгагенская интерпретация выглядит странно, но ведь и все остальные тоже!” Хочется стукнуть их хорошенько и сказать: “Да нет! Копенгагенская интерпретация не странная. Это просто невразумительная ахинея, вот и все”»[708].

Некоторые физики как хорошие позитивисты говорят, что поскольку никакой эксперимент не способен помочь нам понять, в чем разница между разными интерпретациями, бессмысленно и проводить между ними какие-либо различия – даже если копенгагенская окажется противоречивой, все равно не имеет значения, какую альтернативу ей принимать и принимать ли какую-то вообще. Но это просто неверно. Если мы хотим выйти за пределы существующей теории и разработать новую, найти новые физические принципы и объяснить новые экспериментальные результаты, наша интерпретация имеет значение. Спросите двух физиков – того, кто занимается теорией волны-пилота, и того, кто разрабатывает вариант многомировой теории, – какую более общую теорию они рассчитывают найти за пределами квантовой физики, – и увы, несомненно, получите два совершенно разных ответа. Ричард Фейнман указывал, что, хотя не существует экспериментального способа найти различие между двумя математически эквивалентными теориями (например, между двумя различными интерпретациями одного и того же математического аппарата), для ваших представлений о мире выбор той или иной теории играет огромную роль. Этот выбор, в свою очередь, повлияет на новые теории и новые идеи, которые будут у нас появляться[709]. Например, астроном XVI века Тихо Браге придерживался теории, в соответствии с которой Земля была центром Вселенной, Солнце и Луна обращались вокруг Земли, а остальные планеты обращались вокруг Солнца. Эта теория была математически эквивалентна гелиоцентрический модели Коперника – обе теории предсказывали движения небесных светил совершенно одинаково, но идея о том, что Земля не является центром Вселенной, привела к появлению абсолютно новых представлений об устройстве мира. Подобным же образом мы можем разработать интерпретацию квантовой физики, в которой волновые функции управляются невидимыми единорогами – они подчиняются закону образования и движения стад, выражающемуся уравнением Шрёдингера. Но (как я надеюсь) мы согласимся, что эта идея существенно уступает любой другой интерпретации. Экспериментальные результаты не единственный вид материала, на основе которого образуются и оцениваются научные теории, да он и не может быть единственным. Полное содержание нашей теории – не только ее математический аппарат, но и представления о природе явлений, сочетающиеся с этим аппаратом, – вот что важно для существования науки.

Во введении я уже говорил, что мировоззрение, которое дают нам наши лучшие научные теории, пробивает себе дорогу в общественное сознание и формирует наш взгляд на самих себя и на наше место в мире. Это произошло с копенгагенской интерпретацией – но этот же процесс в конечном счете приводит и к появлению чепухи вроде квантового целительства. (Нет никакого сомнения, что, если бы копенгагенской интерпретации не существовало, Чопра и его братия переврали бы любую другую и нашли бы способ завернуть свои чудодейственные средства в не менее яркую упаковку на ее основе. Злоупотребление достижениями науки, паразитирование на них – вещь неизбежная. Копенгагенская идея просто выглядит для этого идеально подходящей.) В прошлом новая физика открывала необозримые горизонты для человеческого воображения, новые пути размышлений о нашем существовании, приносила новые идеи в таких с виду несопоставимых областях, как биология и искусство, геология и религия. Если бы Коперник не сдвинул Землю с ее центрального места во Вселенной, трудно было бы представить себе и Дарвина – неужели у него хватило бы смелости предположить, что люди не чудесные уникальные творения, а потомки обезьян? А не будь прозрений Коперника и Дарвина, конечно, не снял бы свой фильм «2001» и Стенли Кубрик. Наука и культура образуют неделимое целое, и сейчас, когда буквально каждый уголок нашего мира преобразован человеческой деятельностью, это заметно больше, чем когда бы то ни было. Если прошлое хоть чему-то учит, можно утверждать, что решение загадки квантовой физики и построение теории более высокого уровня в конечном счете изменят не только профессиональную жизнь физиков, но и повседневную жизнь каждого человека.

* * *

Глубокие пограничные проблемы физической науки – и главная из них, проблема квантовой гравитации – не находят решения уже несколько десятилетий. Эти проблемы настолько сложны и фундаментальны, что горсточка ведущих физиков в поисках ключа к ним обратилась к основам квантовых принципов. Некоторые из них предполагают, что сама структура пространства-времени построена на основе квантовой запутанности, а далеко отстоящие друг от друга точки соединены «кротовыми норами»[710]. Другие доказывают, что мультивселенные в модели «вечной инфляции» и в теории струн не отличаются от мультивселенной многомировой интерпретации и что все три теории разными путями ведут к одной и той же фундаментальной истине космоса[711]. В одной из работ в качестве стартовой точки открыто выбирается квантовая нелокальность; на этом основании делается попытка соорудить теорию квантовой гравитации. Попутно приходится отказаться от эйнштейновской относительности – построить теорию квантовой гравитации, в которой не нарушалась бы теория относительности, не удалось еще никому[712].

Надо сознаться, что нам в целом не удалось уделить должного внимания великому обилию способов интерпретации квантовой физики, предложенных на сегодня. В этой книге рассказано лишь о нескольких исторически наиболее значительных возможностях такой интерпретации. В различных формах они в основном остаются актуальными (за исключением основанного на роли сознания вигнеровского подхода, отвергнутого по причине надуманности, расплывчатости и опасной близости к солипсизму). Но за последние тридцать лет их было предложено во много раз больше. Среди них есть интерпретации, построенные на идее ретропричинности, то есть предполагающие, что субатомные частицы могут влиять на свое прошлое, и доводящие принцип квантовой нелокальности до крайней степени. Есть интерпретации, которые пытаются обойти теорему Белла, изменяя сами аксиомы вероятности, хотя неясно, можно ли добиться этого таким способом. Герард ‘т Хоофт разрабатывает собственную интерпретацию квантовой теории, в которой результат опыта Белла обыгрывается весьма сложным и необычным путем. Его «супердетерминистская» теория содержит локальные скрытые переменные и предполагает глубокие предварительные связи между субатомными частицами и экспериментальными установками. Многие физики и философы с порога отвергают такие подходы, как разновидность «теории космологического заговора», принятие которой заранее исключило бы саму возможность заниматься наукой. Однако ‘т Хоофт верит, что сумеет пойти этим путем, не принося науку в жертву. И кто знает – возможно, он окажется прав. Роджер Пенроуз, один из крупнейших современных математических физиков, уверен, что коллапс волновой функции реален и что уравнение Шрёдингера должно быть модифицировано, как это происходит в теориях спонтанного коллапса. Но он считает, что коллапс происходит не вполне случайно, а обусловлен тяготением; такой подход открывает возможность для объединения общей теории относительности и квантовой физики неожиданным и совершенно новым образом. Существуют даже гибридные интерпретации, соединяющие основные черты нескольких других, например интерпретация на основе множественных взаимодействующих миров, в которой есть и волны-пилоты, и многомировой подход.

Отдельно стоят сложные вопросы интерпретации квантовой теории поля (КТП), которая объединяет квантовую механику со специальной теорией относительности и описывает хитросплетения физики высоких энергий. Эта область тесно связана с ускорителями частиц. Некоторые задачи КТП совпадают с задачами обычной квантовой теории – среди них все те же знакомые нам проблема измерений и нелокальность, но в ней есть и собственные, совершенно новые и удивительные фундаментальные проблемы[713]. На повестке дня актуальная тема – приспособить некоторые из существующих интерпретаций квантовой теории, такие как интерпретация на основе волны-пилота, для работы в рамках КТП[714]. (Другие интерпретации, например многомировая, легко вписываются в КТП, что, пожалуй, говорит в их пользу.)

В области основ квантовых принципов есть еще великое множество других увлекательных идей и интригующих нерешенных вопросов. Несмотря на десятилетия пренебрежения и безразличия, в течение которых она оставалась на периферии физики, наука об основах квантовых принципов крепнет и развивается. И будь Джон Белл жив, он удивился бы и порадовался сделанному им.

* * *

Итак, что же реально? Волны-пилоты? Множественные вселенные? Спонтанный коллапс? Какая из интерпретаций квантовой физики верна? Я не знаю. У каждой из них есть свои критики (хотя все, кто предлагает интерпретации, отличные от копенгагенской, обычно соглашаются, что эта последняя хуже всех). Так или иначе, математический аппарат квантовой физики постоянно развивается. И верная интерпретация, конечно, есть, хотя, быть может, ни одна из тех, что мы имеем сегодня, ею не является. Просто-напросто отбросить мысль о реальности квантового мира, считать его лишь удобной математической фикцией – значит отказаться принимать всерьез нашу лучшую физическую теорию. Поэтому мы и погружены в мучительно трудный процесс поиска нового подхода. Утверждать, что выводы из копенгагенской интерпретации «неизбежны» или что «математический аппарат теории вынуждает нас их признать», попросту неверно. Неправда, что бессмысленно говорить о реальности, существующей независимо от нашего восприятия, что мы обязаны думать о мире исключительно как о предмете наших наблюдений. Квантовая физика не приводит нас к солипсизму и идеализму.

Нет, совсем наоборот – мы, физики, должны изучать все существующие интерпретации и учитывать их в нашей работе. Относиться к ним творчески свободно, без догматизма, сохранять свежий взгляд на наши методы и результаты. Я не говорю, что все физики должны работать над интерпретацией квантовой теории, – есть множество интереснейших нерешенных задач, с которыми тоже хотелось бы справиться каждому физику, взять хоть квантовую гравитацию или высокотемпературную сверхпроводимость (этой нежданной тайне стоит посвятить отдельную книгу). Но все физики должны знать об этой проблеме и в общих чертах представлять себе ситуацию в этой области. А она такова: фантастически успешная теория, затруднения с ее интерпретациями и главная труднейшая задача – переход от существующей теории к новой. С прагматической точки зрения перед лицом этих трудностей правильным ответом, возможно, является плюрализм интерпретаций – или если не плюрализм, то смирение. Квантовая физика верна, по крайней мере приближенно. В мире есть нечто реальное, что каким-то образом похоже на квант. Мы просто пока до конца не знаем, что это слово обозначает. И задача физики заключается в том, чтобы это узнать.

Это поистине великая задача. Каждый, о ком шла речь в нашем затянувшемся рассказе, сражался за ее решение по-своему: Белл со своим жестким критическим пером, Бом со своим упрямым отказом смириться с существующим порядком вещей, Эверетт со своим стилем пранкера. Значение имеют не только их идеи, но и их истории. Истории людей, стоящие за физическими открытиями, могут указать путь в наших поисках, так же как и новые интерпретации теории. Оглядываясь на дорогу, которая привела нас сюда, мы можем лучше понять, как двигаться дальше, вперед. Продемонстрировать это и было целью данной книги – во всяком случае ее программой-минимум. А последнее слово я предоставлю тому, кто стоит в нашей профессии гораздо выше:

Очень многие люди – и даже профессиональные ученые – кажутся мне похожими на тех, кто повидал тысячи деревьев, но никогда не видел леса. Знание исторического и философского фона порождает независимость от предрассудков своего поколения, предрассудков, от которых страдает большинство ученых. Эта созданная философской интуицией независимость и является, по моему мнению, знаком отличия между простым ремесленником-специалистом и настоящим искателем истины[715].

Альберт Эйнштейн

Приложение

Четыре взгляда на очень странный эксперимент

В 1978 году, вскоре после начала работы в Техасском университете, Джон Уилер предложил мысленный эксперимент, который, по его словам, «позволяет проникнуть в самую суть спора между Бором и Эйнштейном». Он предположил, что «этот эксперимент, возможно, расскажет нам о главном механизме Вселенной»[716]. Уилер назвал его «экспериментом с отложенным выбором» (рис. A.1).

Эксперимент существует в двух конфигурациях. Мы начнем с более простой – на рисунке слева (рис. П.1А). Лазерный пучок (то есть пучок фотонов) появляется из нижнего левого угла и попадает на светоделитель, который (как ясно из названия) расщепляет его на две равные части: одна из них отражается вверх, а другая проходит через светоделитель в правый нижний угол. Оба образовавшихся пучка попадают еще на одно зеркало, каждый на свое, и после отражения от них снова пересекаются. Затем каждый из пучков регистрируется приемником. Это все.

Рис. П.1. Эксперимент Уилера с отложенным выбором. А. Без второго светоделителя индивидуальный фотон попадает на любой из детекторов с вероятностью 50/50. Б. Со вторым светоделителем индивидуальный фотон будет интерферировать сам с собой; это гарантирует, что он никогда не попадет на детектор 2

Теперь рассмотрим тот же эксперимент, но «с изюминкой» (рис. П.1Б, справа). Установим второй светоделитель в верхнем правом углу, в точке, где два пучка пересекаются, прежде чем отправиться на свои приемники. Каждый из наших двух пучков тоже разделится на два: теперь половина каждого пучка пойдет направо, к приемнику 2, а половина – вверх, на приемник 1. Но этот светоделитель сконструирован по-особому: так, чтобы две объединенные половины пучка не вели себя одинаково в обоих направлениях[717]. Те две половины пучка, которые идут вверх, полностью синхронизированы: их холмы и впадины согласованы друг с другом, усиливая объединенную волну. Это конструктивная, или усиливающая, интерференция, та самая, из-за которой появляются яркие полосы в эксперименте с двойной щелью из главы 5. А две половины пучков, направляющиеся направо, находятся в противофазе: максимумы одного точно совпадают с минимумами другого, и они полностью гасят друг друга. Это деструктивная, или ослабляющая, интерференция, ответственная за темные полосы в эксперименте с двойной щелью. В результате приемника 2 свет не достигает – оба пучка, направляющиеся к нему, деструктивно проинтерферировали друг с другом. А свет, попадающий на детектор 1, столь же ярок, как и исходный лазерный пучок, который поступил на первый светоделитель в нижнем левом углу установки.

Пока все нормально. Все, что мы описали, кроме лазера, пока укладывается в рамки классической физики. Попробуем теперь ввести в нашу картину кванты. Сделаем лазерный пучок очень слабым – настолько, насколько это вообще возможно, то есть будем в ходе нашего эксперимента посылать по одному фотону за раз. Пока у нас не появилось второго светоделителя в правом верхнем углу, ситуация остается довольно простой. Фотон регистрируется либо детектором 1, либо детектором 2, а мы, видя, на какой из приемников он пришел, можем сказать, какой из путей он выбрал внутри нашей установки. Если мы будем посылать таким образом много фотонов, по одному за раз, то на каждый из детекторов попадет примерно половина из них.

Однако, говорит Уилер, установка второго светоделителя все очень усложняет. Теперь фотон никогда не придет на детектор 2, так как он будет интерферировать с самим собой, совсем как в эксперименте с двойной щелью. Посылайте по одному столько фотонов, сколько хотите, – все они будут приходить только на детектор 1. Это, говорит Уилер, происходит потому, что каждый фотон выбирает оба пути сразу и интерферирует сам с собой, не давая самому себе прийти на приемник 2. Вводя в схему второй светоделитель, говорит Уилер, «мы делаем бессмысленной саму идею выбора одного из путей»[718].

Все это не слишком отличается от эксперимента с двойной щелью – по сути, это и есть эксперимент с двойной щелью, только с немного отличающейся геометрией. И, как и в эксперименте с двойной щелью, подмывает сказать, что еще до того, как отправиться в путешествие через установку, фотон уже знает, введен ли в нее второй светоделитель. Если светоделитель только один, фотон проходит лишь по одному из путей, но если установлен и второй, фотон проходит оба пути сразу, чтобы он мог сам с собой проинтерферировать.

И тогда Уилер вводит в схему опыта еще одну особенность: задержку момента выбора. Между светоделителем и зеркалом в нижнем правом углу есть некоторый зазор (см. рис. П.1А). Давайте сделаем его побольше – скажем, в несколько километров. Тогда у фотона, летящего со скоростью света, уйдет с десяток микросекунд, чтобы добраться от светоделителя к приемникам. Это даст нам достаточно времени, чтобы при помощи компьютера ввести (или, наоборот, удалить) второй светоделитель уже после того, как фотон выйдет из первого. Другими словами, мы можем отложить выбор схемы, по которой проведем наш эксперимент, – рис. П.1А или рис. П.1Б – до момента, когда фотон уже окажется в пути через экспериментальную установку. Однако, если мы сделаем это, результат опыта не изменится. Когда второй светоделитель на месте, фотон никогда не придет на детектор 2. А когда второй светоделитель выведен из схемы, фотон придет на каждый детектор примерно в половине случаев.

Этот результат выглядит довольно странно, и все-таки он подтверждается реальными экспериментами. Все происходит именно так. Но как же может фотон «решить» отправиться только по одному пути уже после того, как он прошел через первый светоделитель? Этот очевидный парадокс можно усилить, увеличив расстояние, проходимое фотоном. В принципе нет ничего, что помешало бы выполнить этот эксперимент на установке размером со световой год или даже миллиарды световых лет. Все выглядит так, как будто фотон вдобавок к способности иногда находиться в двух местах сразу может еще и изменять свое прошлое – или будто это мы можем влиять на отдаленное прошлое своим выбором конфигурации экспериментальной установки. Уилер решительно присоединился к такой трактовке опыта. «Мы должны заключить, – написал он – что сам акт нашего измерения не только объяснил историю фотона на его пути к нам, но в некотором смысле и определил эту историю. Степень обоснованности прошлой истории Вселенной определяется измерениями, которые мы выполняем – сейчас!»[719]

Но это лишь одна из точек зрения на наш эксперимент, вытекающая из уилеровской версии копенгагенской интерпретации. Что в конечном счете представляет собой измерение? И как оно происходит? Уилер никогда не входил в эти объяснения, он только настаивал, что измерение не имеет никакого отношения к сознанию или жизни. Вне этих пределов он только констатирует, что измерение «есть необратимый акт, в процессе которого неопределенность коллапсирует в определенность»[720]. «Измерение», «коллапс» – мы здесь на знакомой территории, и Уилер снова оказывается перед всегдашней необходимостью определить, что есть измерение и как оно происходит. Но именно этого-то он и не хочет делать. (Уилер также утверждает, что «сутью» квантовой физики, «как показывает эксперимент с отложенным выбором, является измерение»[721]. Правда, это высказывание не очень-то помогает определить, что именно является измерением.) Так вот, есть, конечно, и другие способы взглянуть на этот эксперимент – способы, значительно отличающиеся от расплывчатых и плохо согласующихся друг с другом идей Уилера. Рассмотрим три таких подхода.

Интерпретация с волной-пилотом: фотон попадает на светоделитель. Его волна-пилот расщепляется и следует по обоим путям, тогда как фотон выбирает только один из них (хотя мы не знаем, какой именно). Если второго светоделителя нет, волна-пилот достигает обоих приемников, приводя частицу с собой на один из них.

Если второй светоделитель на месте, то, пройдя через него, волна-пилот интерферирует с собой и не достигает детектора 2. Это не позволяет достичь детектора 2 и фотону, какой бы из путей он ни выбрал.

Не имеет значения, установлен второй светоделитель до или после того, как фотон проходит через первый, – важно только, находится ли второй светоделитель на месте в момент прихода волны-пилота.

Многомировая интерпретация: волновая функция фотона попадает на первый светоделитель, расщепляется и идет по обоим путям. Если второго светоделителя нет, волновая функция фотона попадает на оба приемника и запутывается с их волновыми функциями. Поскольку количество частиц, вовлеченных в эту гигантскую запутанную волновую функцию, огромно, декогеренция происходит очень быстро и волновая функция ветвится. В одной из ветвей фотон приходит на приемник 1, в другой – на приемник 2.

Если в установку введен второй светоделитель, пройдя через него, волновая функция фотона деструктивно интерферирует с собой; таким образом, она не достигает детектора 2. Следовательно, фотон попадает только на детектор 1, и мир не разветвляется[722].

Не имеет значения, установлен второй светоделитель до или после того, как фотон проходит через первый, – важно только, находится ли второй светоделитель на месте в момент прихода волновой функции.

Теория спонтанного коллапса: волновая функция фотона попадает на первый светоделитель, расщепляется и идет по обоим путям. Если второго светоделителя нет, волновая функция фотона попадает на оба приемника и запутывается с их волновыми функциями. Поскольку количество частиц, вовлеченных в эту гигантскую запутанную волновую функцию, огромно, одна из них наверняка почти мгновенно «сорвет джекпот» и вызовет коллапс, заставив фотон полностью случайно попасть на один или другой приемник.

Если в установку введен второй светоделитель, то, пройдя через него, волновая функция фотона деструктивно интерферирует с собой; поэтому фотон никогда не попадет на правый детектор.

Не имеет значения, установлен второй светоделитель до или после того, как фотон проходит через первый, – важно только, находится ли второй светоделитель на месте в момент прихода волновой функции.

Короче говоря, выводы, сделанные Уилером, в лучшем случае не являются обязательными. (В худшем же случае они логически противоречивы.) С приведенных точек зрения нельзя также считать этот эксперимент особенно странным – уж во всяком случае он не более странен, чем опыты Белла. Существуют варианты этого эксперимента, в некотором смысле объединяющие его с экспериментами Белла, но и эти опыты можно подобным же образом объяснить в рамках всех этих интерпретаций (правда, объяснения получаются довольно сложные).

И последнее замечание: хотя волны-пилоты нелокальны, в этом случае в рамках интерпретации на основе волны-пилота все полностью локально. Так что Уилер был отчасти прав – этот эксперимент действительно передает самую суть споров между Эйнштейном и Бором. Теоретически его можно объяснить с позиций локальности, но приверженцы копенгагенского подхода настаивают на его нелокальном объяснении!

Благодарности

Более сорока физиков, философов и историков любезно согласились уделить время для записи интервью, послуживших материалом для этой книги. Я не могу здесь перечислить их всех (полный список интервью дан в разделе «Источники»), но некоторых не могу не упомянуть. Дэвид Альберт, Шелли Голдстайн, Тим Модлин, Родерих Тумулка и Нино Занги нашли время для записи своих бесед со мной, когда идея этой книги еще только возникла и никто из нас не знал, увидит ли книга когда-нибудь свет. Дитер Зех пригласил меня к себе домой на обед, за которым мы замечательно побеседовали. Мэри Белл не только уделила мне продолжительное время для разговора, но позволила прийти и на следующий день. А Сэм Швебер, щедро даривший мне свое время, к сожалению, не дожил до дня, когда эта книга была сдана в печать.

Путь, который привел меня к написанию этой книги, начался почти пятнадцать лет назад с разговоров с Дэвидом Мермином и Диком Бойдом в Корнеллском университете. Они не несут ответственности за ее содержание – и я, разумеется, знаю, что они не согласились бы с некоторыми ее мыслями, – но несомненно, если в ней есть что-то действительно содержательное, то часть заслуги в этом принадлежит им. А во время пребывания в Мичигане я постоянно чувствовал неослабевающую поддержку Драгана Хатерера – хотя подозреваю, что он тоже не согласился бы со многим из того, что я в этой книге написал.

Если бы Питер Элдхаус не рискнул поставить на желторотого писателя, эта книга никогда не появилась бы. Питер, кроме всего прочего, представил меня Энил Анантасвами, которая помогла мне найти агента и на каждом шагу подбадривала меня.

Питер Тэллок, агент, приглашенный Энил, позаботился о том, чтобы эта книга попала в хорошие руки: моими издателями стали Т. Дж. Келлехер и издательство Basic Books. Редактура Келлехера, его энтузиазм и терпение сделали книгу гораздо лучше, чем я имел право надеяться. Работавшая тогда в Basic Books Элен Бартелеми подсказала много полезного в отношении структуры первой части. Она умела одним ударом решить сразу несколько трудных вопросов. А Мелисса Веронези и Кэрри Уоттерсон терпеливо сопровождали книгу в процессе корректуры, стараясь не замечать моих постоянных попыток в последний момент вносить совершенно ненужные изменения.

Дэвид Бейкер, Питер Бэрн, Оливал Фрейре, Бендж Хелли, Никки Хан, Дэвид Кайзер, Колин Николс и Элизабет Сайвер – все они прочли большие куски рукописи и дали мне бесценные советы. Они сделали все, что смогли, и не их вина, если в книге после этого еще остались погрешности и ошибки. Эндрю Мак-Нейр взял на себя огромную работу внимательно вычитать всю рукопись перед самой сдачей в печать – и он не подвел. Дорон Вебер, Элиза Френч и Джош Гринберг из Фонда Альфреда П. Слоуна помогли мне получить полноценную оплату времени, потраченного мной на работу над книгой, благодаря им эта работа стала моим основным заработком. Чип Себенс позволил мне воспользоваться его программой Mathematica, направил меня в Летнюю школу UCSC, да еще и щедро тратил на меня свое время. А книга Оливала Фрейре «Квантовые диссиденты» вдвое сэкономила время, необходимое для анализа вошедших в мою книгу материалов; да и сам Оливал предоставил мне много полезной информации; я многое обсуждал с ним перед тем, как включить в текст.

Джон Клаузер предоставил мне свою частную переписку, а Роберт Криз – оригинальные аудиозаписи своих интервью с Джоном Беллом. Дэвид Вик и Эндрю Уитэкер тоже любезно открыли мне доступ к личным архивам. Джереми Бернстайн, Трэлс Петерсен, Джеральд Холтон и Дэвид Кэссиди с готовностью отвечали на мои вопросы и очень помогли своими ответами. А Крис Фукс предоставил мне второй шанс получить ответы по электронной почте.

Ник Джеймс превратил мои почеркушки в прекрасные иллюстрации. Адриенна Грант транскрибировала большую часть аудиозаписей интервью, которые я провел для этой книги, да еще и привлекла к этой работе своих друзей. Лайпа Лонг взяла на себя оставшуюся часть этой работы. Энди Шварцкопф в течение пятнадцати лет не ленился отвечать на мои в последнюю минуту приходящие в голову вопросы по оптике и всегда был снисходителен к моим безумным идеям. Дэниел Иордан понимает, как и я, что «Копенгаген должен быть разрушен». И Лайза Гроссман всегда была тут как тут, хоть Бостон так зверски далеко.

После того как я на некоторое время отказался от проекта этой книги, обеды во время Летней школы Калифорнийского университета по философии и космологии в 2013 году заставили меня к нему вернуться. Разговоры на бегу в ходе Конференции по эмерджентной квантовой механике (Вена, 2015) и более спокойные беседы на Международной летней школе по философии физики 2016 года в Сайге (Германия) оказались бесценными для моей работы. Бюро истории науки и техники Калифорнийского университета в Беркли поистине сделалось моим пристанищем в процессе написания и редактирования книги. И архивы Американского института физики (AIP), Нильса Бора и ЦЕРНа любезно предоставили мне доступ к хранящимся в них материалам.

И еще многим, многим и многим я благодарен за возможность написать эту книгу. Вот некоторые из них (но не все!): Гордон Бело, Селест Бьевер, Анна Броун, Глен Чьяккери, Сара Коби, Питер Коулс, Алекс Демази, Джонатан Дагэн, Лукас Данлэп, Джаред Эмерсон-Джонсон, Нина Эмери, Аманда Гефтер, Луиза Джильдер, Кейт Хэнли, Мелисса Хогенбоом, Паркер Имри, Роб Ирион, Виктория Джаггард, Каглиян Курдак, Том Левенсон, Крис Линтотт, Майк Маршалл, Кэти Мидоус, Робин Мидоус, Алиса Ней, Эмили Николс, Роберт Оксхорн, Пьеранжело Пирак, Майкл Полашенски, Ари Рабкин, Райан Рис, Стефан Рихтер, Лор Рёцше, Джим Сесна, Ларри Склар, Арфон Смит, Кимберли Смит, Иона Вайссман, Брайан Вехт, Алекс Зани и семейство Вайр.

Спасибо и моим родителям, и всей моей семье, за то, что они постоянно подбадривали меня, и за то, что на протяжении нескольких десятилетий терпеливо сносили поток моих вопросов, на которые я вряд ли мог надеяться получить от них ответ.

Спасибо Копернику, самому молчаливому и пушистому из моих сотрудников. И наконец, спасибо Элизабет за ее терпение и за все, все, все.

Иллюстрации

Рис. 2.1. Любезно предоставлено архивом Нильса Бора, Копенгаген.

Рис. 3.3. Фото Пауля Эренфеста. С любезного разрешения видеоархива Эмилио Сегре (AIP) (© AIP Emilio Segrè Visual Archives).

Рис. 4.1. На основе рис. 2, Kaiser 2012.

Рис. 5.1. Библиотека Конгресса, коллекция газеты New York World-Telegram and Sun, предоставлено видеоархивом Эмилио Сегре (AIP). (NB: В Библиотеке Конгресса это фото датировано 1940 годом, однако из газетного заголовка ясно, что оно, по всей видимости, снято в мае 1949 года, вскоре после того, как Бом давал показания в HUAC, возможно, в тот же день.)

Рис. 6.1. Фото Алана Ричардса, с разрешения видеоархива Эмилио Сегре (AIP) и Библиотеки Принстонского университета (© Princeton University Library).

Рис. 6.3. Любезно предоставлено Библиотекой Института перспективных исследований и Принстонского университета.

Рис. 7.1. С любезного разрешения Руби Мак-Конки и Дороти Уайтсайд.

Рис. 8.1. Предоставлено научно-исследовательским Центром специальных коллекций библиотеки Чикагского университета и библиотекой Гарвардского университета.

Рис. 9.2. С разрешения Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. © 2010 The Regents of the University of California, through The Lawrence Berkeley National Laboratory.

Рис. 10.1. © CERN. По международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 с указанием авторства: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Рис. 10.2. © CERN.

Выдержки из «A Farewell to String и Sealing-Wax», в From Hiroshima to the Moon by Daniel Lang, © 1959 Daniel Lang. Репринт с любезного разрешения Фрэнсис Ланг, Элен Ланг и Сесиль Ланг.

Выдержка из недатированного письма Дэвида Бома Артуру Уайтмену ок. 1952, ©Bohm Estate. Копия письма хранится в архиве Нильса Бора в Копенгагене. Перепечатано с любезного позволения Бэзила Хайли.

Выдержки из писем Джона Уилера, ©Wheeler Estate. Перепечатано с любезного разрешения Джеймса Уилера.

Выдержки из писем Хью Эверетта III, ©Everett Estate. Перепечатано с любезного разрешения Питера Бирна, Джеффри Барретта и Марка Оливера Эверетта.

Список источников

Интервью, взятые автором книги

Ааронов, Якир. Вена, Австрия, октябрь 2015 г.

Альберт, Дэвид. Нью-Йорк, США, 4 февраля 2015 г.

Альберт, Дэвид. Телефонное интервью, 17 мая 2017 г.

Аспе, Ален. Палезо, Франция, 4 ноября 2015 г.

Баб, Джеффри. Телефонное интервью, 2 и 7 февраля 2017 г.

Белл, Мэри. Женева, Швейцария, 19 и 20 октября 2015 г.

Бертлманн, Рейнгольд. Вена, Австрия, 2 ноября 2015 г.

Вайдман, Лев. Вена, Австрия, 24 октября 2015 г.

Вайзман, Ховард. Вена, Австрия, 24 октября 2015 г.

ван Фраассен, Бас. Пиноле, Калифорния, США, 20 мая, 2017 г.

Вютрих, Христиан. Зайг, Германия, 20 июля 2015 г.

Голдстейн, Шелдон и Нино Занги. Нью-Брансвик, Нью-Йорк, США, 3 февраля 2015 г.

Грандье, Филлип. Палезо, Франция, 4 ноября 2015 г.

Жизан, Николя. Вена, Австрия, 24 октября 2015 г.

Зех, Дитер. Неккаргемюнд, Германия, 23 октября 2015 г.

Кайзер, Дэвид. Кембридж, Массачусеттс, США, 19 января 2016 г.

Клаузер, Джон. Уолнат-Крик, Калифорния, США, 12 августа 2015 г.

Кэррол, Шон. Малибу, Калифорния, США, 14 ноября 2015 г.

Леггетт, Энтони. Телефонное интервью, 4 мая 2017 г.

Ляйфер, Мэтью. Вена, Австрия, 24 октября 2015 г.

Майрволд, Уэйн. Лондон, Онтарио, Канада, 24 мая 2017 г.

Мермин, Н. Дэвид. Итака, Нью-Йорк, США, 11 и 12 января 2016 г.

Модлин, Тим. Нью-Йорк, США, 28 января 2015 г.

Науэнберг, Майкл. Санта-Крус, Калифорния, США, 6 августа 2015 г.

Ней, Алиса. Дэвис, Калифорния, США, 8 мая 2017 г.

Пенроуз, Роджер. Лондон, Великобритания, 27 октября 2015 г.

Рудольф, Теренс. Лондон, Великобритания, 29 октября 2015 г.

Сандерс, Саймон. Оксфорд, Великобритания, 26 октября 2015 г.

Себенс, Чарльз. Телефонное интервью, 3 мая 2017 г.

Смолин, Ли. Торонто, Онтарио, Канада, 22 мая 2017 г.

Спеккенс, Роберт. Ватерлоо, Онтарио, Канада, 23 мая 2017 г.

Уоллес, Дэвид. Оксфорд, Великобритания, 26 октября 2015 г.

Уоллес, Дэвид. Санта-Крус, Калифорния, США, 27 июня 2013 г.

Фрэзер, Дорин. Ватерлоо, Онтарио, Канада, 24 мая 2017 г.

Хайли, Бэзил. Лондон, Великобритания, 29 октября 2015 г.

Харди, Люсьен. Ватерлоо, Онтарио, Канада, 23 мая 2017 г.

’т Хоофт, Герард. Вена, Австрия, 24 октября 2015 г.

Цайлингер, Антон. Вена, Австрия, 2 ноября 2015 г.

Швебер, Сильван Самуэль. Телефонное интервью, 7 сентября 2016 г.

Штейнерг, Эфраим. Торонто, Онтарио, Канада, 25 мая 2017 г.

Эмери, Нина. Телефонное интервью, 5 мая, 2017 г.

Эсфельд, Михаэль. Женева, Швейцария, 21 октября 2015 г.

Другие интервью

Бом, Дэвид. Интервью Лилиан Ходдесон, 8 мая 1981 г. Эджвер, Лондон, Англия. Любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4513.

Бом, Дэвид. Интервью Мартину Дж. Шервину, 15 июня 1979 г., Нью-Йорк, США. «Фонд атомного наследия», «Голоса Манхэттенского проекта», http://manhattanprojectvoices.org/oral-histories/david-bohms-interview, просм. 28 августа 2016 г.

Бом, Дэвид. Интервью Морису Уилкинсу, 7 июля 1986 г. С любезного разрешения Библиотеки и архива Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/32977-3, просм. 28 августа 2016 г.

Бор, Нильс. Интервью Томасу Куну, Оге Петерсену и Эрику Рудингеру, 17 ноября 1962 г., Копенгаген, Дания. Любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4517-5, просм. 27 января 2017 г.

Вигнер, Юджин. Интервью Чарльзу Вайнеру и Джагдиш Мехра, 30 ноября 1966 г., Принстон, Нью-Йорк, США, с любезного разрешения Библиотеки и архива Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4964. просм. 6 апреля 2016 г.

Девитт, Брайс и Сесиль Девитт-Моретт. Интервью Кеннету Форду, 28 февраля 1995 г., Остин, Техас, США. Предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/23199, просм. 26 октября 2016 г.

Дирак, Поль. Интервью Томасу Куну, 14 мая 1963 г. Кембридж, Англия, любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4575-5. Часть 5.

Клаузер, Джон. Интервью Джоан Бромберг, 20, 21 и 23 мая, Уолнат-Крик, Калифорния, США. С разрешения Библиотеки и архива Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/25096, просм. 6 марта 2017 г.

Уайтмэн, Марина [дочь фон Неймана]. Интервью Грею Уотсону, 30 января 2011 г. https://web.archive.org/web/20110428125353/, http://256.com/gray/docs/misc/conversation_with_marina_whitman.shtml.

Хайли, Бэзил. Интервью Оливал Фрейре, 11 января 2008 г., Бёркбек Колледж, Лондон, Англия. С любезного разрешения Библиотеки и архива Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/33822. просм. 15 июля 2017 г.

Шимони, Абнер. Интервью Джоан Бромберг, 9 и 10 сентября 2002 г., Уэллсли, Массачусетс, США. С разрешения Библиотеки и архива Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/25643, просм. 6 марта 2017 г.

Штерн, Отто. Интервью Томасу Куну, 29 и 30 мая 1962 г., Беркли, Калифорния, США. Предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, Мэриленд, США. http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4904, просм. 26 октября 2016 г.

Библиография

Abers, Ernest S. 2004. Quantum Mechanics. Pearson.

Albert, David. 2013. Lecture at the UCSC Institute for the Philosophy of Cosmology.

http://youtu.be/gjvNkPmaILA?t=1h28m40s.

Anderson, P. W. 2001. «Science: A ‘Dappled World’ or a ‘Seamless Web’?» Studies in History and Philosophy of Modern Physics 32:487–494.

Andersen, Ross. 2012. «Has Physics Made Philosophy and Religion Obsolete?»

Atlantic, April 23. https://www.theatlantic.com/technology/archive/2012/04/has-physics-made-philosophy-and-religion-obsolete/256203/, просм. 28 июля 2017 г.

Arndt, Markus, et al. 1999. «Wave-Particle Duality of C60 molecules», Nature 401 (October 14): 680–682. doi:10.1038/44348.

Ayer, A. J. 1982. Philosophy in the Twentieth Century. Vintage.

Bacciagaluppi, Guido, and Antony Valentini. 2009. Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference. arXiv: quant-ph/0609184v2.

Ball, Philip. 2013. Serving the Reich: The Struggle for the Soul of Physics Under Hitler. Vintage.

Ballentine, Leslie E., et al. 1971. «Quantum-Mechanics Debate», Physics Today 24 (4). doi:10.1063/1.3022676.

Barnett, Lincoln. 1949. The Universe and Dr. Einstein. Victor Gollancz.

Barrett, Jeffrey Alan, and Peter Byrne, eds. 2012. The Everett Interpretation of Quantum Mechanics: Collected Works 1955–1980 with Commentary. Princeton University Press.

Bassi, Angelo, et al. 2013. «Models of Wave-Function Collapse, Underlying Theories, and Experimental Tests», Reviews of Modern Physics 85 (2). doi:10.1103/RevModPhys.85.471.

Bell, John S. 1964. «On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox». Physics 1:195–200. Reprinted in Bell 2004.

– – —. 1966. «On the Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics», Reviews of Modern Physics 38:447–452. Reprinted in Bell 2004.

– – —. 1980. «Bertlmann’s Socks and the Nature of Reality», CERN Preprint CERN-TH-2926. https://cds.cern.ch/record/142461?ln=en.

– – —. 1981. «Bertlmann’s Socks and the Nature of Reality», Journal de Physique, Seminar C2, suppl., 42 (3): C2 41–61. Reprinted in Bell 2004.

– – —. 1990. «Indeterminism and Non Locality», Talk given in Geneva, January 22, 1990. https://cds.cern.ch/record/1049544?ln=en, просм. 21 июля 2017 г. Транскрипт: http://www.quantumphil.org./Bell-indeterminism-and-nonlocality.pdf.

– – —. 2004. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. 2nd ed. Cambridge University Press.

Bell, John, Antoine Suarez, Herwig Schopper, J. M. Belloc, G. Cantale, John Layter, P. Veija, and P. Ypes. 1990. «Indeterminism and Non Locality», Talk given at Center of Quantum Philosophy of Geneva, January 22. http://cds.cern.ch/record/1049544?ln=en. Транскрипт: http://www.quantumphil.org./Bell-indeterminism-and-nonlocality.pdf.

Beller, Mara. 1999a. «Jocular Commemorations: The Copenhagen Spirit», Osiris 14:252–273.

– – —. 1999b. Quantum Dialogue: The Making of a Revolution. University of Chicago Press.

Bernstein, Jeremy. 1991. Quantum Profiles. Princeton University Press.

– – —. 2001. Hitler’s Uranium Club: The Secret Recordings at Farm Hall. 2nd ed. Copernicus.

Bertlmann, R. A., and A. Zeilinger, eds. 2002. Quantum [Un]speakables: From Bell to Quantum Information. Springer.

Bird, Kai, and Martin J. Sherwin. 2005. American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer. Vintage.

Blackmore, John T. 1972. Ernst Mach; His Work, Life, and Influence. University of California Press.

Bohm, David. 1957. Causality and Chance in Modern Physics. Harper Torchbooks ed. Harper and Row.

Bohr, Niels. 1934. Atomic Theory and the Description of Nature. Cambridge University Press.

– – —. 1949. «Discussion with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics», In Schilpp 1949, 201–241.

– – —. 2013. Collected Works. Vol. 7, Foundations of Quantum Physics II (1933–1958). Edited by J. Kalckar. Elsevier.

Born, Max. 1978. My Life: Recollections of a Nobel Laureate. Scribner’s Sons. (Русский перевод: Макс Борн. Моя жизнь и взгляды. М.: Прогресс, 1973.)

– – —. 2005. The Born-Einstein Letters: Friendship, Politics and Physics in Uncertain Times. Macmillan.

Bricmont, Jean. 2016. Making Sense of Quantum Mechanics. Springer International.

Bridgman, Percy W. 1927. The Logic of Modern Physics. Macmillan.

Bub, Jeffrey. 1999. Interpreting the Quantum World. Rev. ed. Cambridge University Press.

Byrne, Peter. 2010. The Many Worlds of Hugh Everett III: Multiple Universes, Mutual Assured Destruction, and the Meltdown of a Nuclear Family. Oxford University Press.

Camilleri, Kristian. 2009. «A History of Entanglement: Decoherence and the Interpretation Problem». Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40:290–302.

Cao, Chunjun, Sean M. Carroll, and Spyridon Michalakis. 2016. «Space from Hilbert Space: Recovering Geometry from Bulk Entanglement», https://arxiv.org/abs/1606.08444.

Cassidy, David. 1991. Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg. W. H. Freeman.

– – —. 2009. Beyond Uncertainty: Heisenberg, Quantum Physics, and the Bomb. Bellevue Literary Press.

Chopra, Deepak. 1995. «Interviews with People Who Make a Difference: Quantum Healing», by Daniel Redwood. Healthy.net. http://www.healthy.net/scr/интервью. aspx?Id=167, просм. 20 сентября 2017 г.

Clauser, John F. 1969. «Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories», Bulletin of the American Physical Society 14:578.

– – —. 2002. «Early History of Bell’s Theorem», In Bertlmann and Zeilinger 2002, 61–98.

Clauser, John F., Michael A. Horne, Abner Shimony, and Richard A. Holt. 1969. «Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories», Physical Review Letters 23:880–884. doi:10.1103/PhysRevLett.23.880.

Cushing, James. 1994. Quantum Mechanics: Historical Contingency and the Copenhagen Hegemony. University of Chicago Press.

Dahms, Hans-Joachim. 1996. «Вена Circle and French Enlightenment: A Comparison of Diderot’s Encyclopédie with Neurath’s International Encyclopedia of Unified Science», In Encyclopedia and Utopia: The Life and Work of Otto Neurath (1882–1945), edited by E. Nemeth and Friedrich Stadler, 53–61. Springer.

de Boer, Jorrit, Erik Dal, and Ole Ulfbeck, eds. 1986. The Lesson of Quantum Theory. Elsevier.

Derman, Emanuel. 2012. «2012: What Is Your Favorite Deep, Elegant, or Beautiful Explanation?» Edge. https://www.edge.org/responses/what-is-your-favorite-deep-elegant-or-beautiful-explanation. просм. 28 июля 2017 г.

Deutsch, D. 1985. «Quantum Theory, the Church-Turing Principle, and the Universal Quantum Computer», Proceedings of the Royal Society of London A 400:97–117.

DeWitt, Bryce S. 1970. «Quantum Mechanics and Reality», Physics Today 23 (9): 30–35. doi:10.1063/1.3022331.

DeWitt-Morette, Cécile. 2011. The Pursuit of Quantum Gravity: Memoirs of Bryce DeWitt from 1946 to 2004. Springer.

Discussion Sections at Symposium on the Foundations of Modern Physics: The Copenhagen Interpretation 60 Years after the Como Lecture. 1987.

Dresden, Max. 1991. «Letters: Heisenberg, Goudsmit and the German ‘A-Bomb’» Physics Today 44 (5): 92–94. doi:10.1063/1.2810103.

Einstein, Albert. 1949a. «Autobiographical Notes», In Schilpp 1949, 2–94. Русский перевод: Альберт Эйнштейн. Автобиографические заметки // Собрание научных трудов в 4 томах. М.: Наука, 1967. Т. 4. С. 259–263.

– – —. 1949b. «Reply to Criticisms». In Schilpp 1949, 665–688.

– – —. 1953. «Elementary Considerations on the Interpretation of the Foundations of Quantum Mechanics». Translated by Dileep Karanth. http://arxiv.org/abs/1107.3701.

Ellis, George, and Joe Silk. 2014. «Defend the Integrity of Physics». Nature 516 (December 18): 321–323. doi:10.1038/516321a.

Faye, Jan. 2007. «Niels Bohr and the Vienna Circle». Preprint. http://philsci-archive.pitt.edu/3737/, просм. 23 декабря 2016 г.

Feldmann, William, and Roderich Tumulka. 2012. «Parameter Diagrams of the GRW and CSL Theories of Wavefunction Collapse». Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 45 (2012) 065304 (13pp.). doi:10.1088/1751-8113/45/6/065304.

Fermi, Laura. 1954. Atoms in the Family: My Life with Enrico Fermi. University of Chicago Press. (Русский перевод: Лаура Ферми. Атомы у нас дома. М.: Изд-во иностранной литературы, 1959.)

Feynman, Richard P. 1982. «Simulating Physics with Computers». International Journal of Theoretical Physics 21 (6/7): 467–488.

– – —. 2005. Perfectly Reasonable Deviations from the Beaten Path. Edited by Michelle Feynman. Basic Books.

«Feynman: Knowing Versus Understanding». YouTube. Posted by TehPhysicalist, May 17, 2012. https://www.youtube.com/atch?v=NM-zWTU7X-k.

– – —. 2015. The Quantum Dissidents: Rebuilding the Foundations of Quantum Mechanics. Springer-Verlag.

Feynman, Richard, Robert B. Leighton, and Matthew L. Sands. 1963. The Feynman Lectures on Physics. Vol. 1. Basic Books. (Русский перевод: Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. М.: АСТ, 2019.)

Fine, Arthur. 1996. The Shaky Game. 2nd ed. University of Chicago Press.

Forman, Paul. 1971. «Weimar Culture, Causality, and Quantum Theory: Adaptation by German Physicists and Mathematicians to a Hostile Environment». Historical Studies in the Physical Sciences 3:1–115.

– – —. 1987. «Behind Quantum Electronics: National Security as Basis for Physical Research in the United States, 1940–1960». Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 18 (1): 149–229.

Freedman, Stuart J., and John F. Clauser. 1972. «Experimental Test of Local Hidden-Variable Theories». Physical Review Letters 28:938–941. doi:10.1103/PhysRevLett.28.938.

Freire, Olival, Jr. 2009. «Quantum Dissidents: Research on the Foundations of Quantum Theory Circa 1970». Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40:280–289. doi:10.1016/j.shpsb.2009.09.002.

French, A. P., and P. J. Kennedy, eds. 1985. Niels Bohr: A Centenary Volume. Harvard University Press.

Galison, Peter. 1990. «Aufbau/Bauhaus: Logical Positivism and Architectural Modernism». Critical Inquiry 16:709–752.

Gamow, George. 1988. The Great Physicists from Galileo to Einstein. Dover.

Gardner, Martin. 2001. «Multiverses and Blackberries». Skeptical Inquirer, September/October 2001. http://www.csicop.org/si/show/multiverses_and_blackberries, просм. 24 июля 2017 г.

Ghirardi, G. C., A. Rimini, and T. Weber. 1986. «Unified Dynamics for Microscopic and Macroscopic Systems». Physical Review D 34:470.

Gisin, Nicolas. 2002. «Sundays in a Quantum Engineer’s Life». In Bertlmann and Zeilinger 2002, 199–207.

Godfrey-Smith, Peter. 2003. Theory and Reality: An Introduction to the Philosophy of Science. University of Chicago Press.

Gottfried, Kurt, and N. David Mermin. 1991. «John Bell and the Moral Aspect of Quantum Mechanics». Europhysics News 22 (4): 67–69.

Goudsmit, Samuel. 1947. Alsos. AIP Press.

– – —. 1973. «Important Announcement Regarding Papers About Fundamental Theories». Physical Review D 8:357.

Gould, Elizabeth S., and Niyaesh Afshordi. 2014. «A Non-local Reality: Is There a Phase Uncertainty in Quantum Mechanics?» https://arxiv.org/abs/1407.4083.

Griffiths, David J. 2005. Introduction to Quantum Mechanics. 2nd ed. Pearson Education.

Hahn, Hans, Rudolf Carnap, and Otto Neurath. 1973. «The Scientific Conception of the World: The Vienna Circle». In Neurath 1973, 299–318.

Hawking, Stephen. 1988. A Brief History of Time. Bantam Dell. (Русский перевод: С. Хокинг. Краткая история времени. М.: АСТ, 2017.)

– – —. 1999. «Does God Play Dice?» http://www.hawking.org.uk/does-god-play-dice.html, просм. 18 марта 2016 г.

Hearings Before the Committee on Un-American Activities, House of Representatives. 1949. Eighty-First Congress, First Session (March 31 and April 1). Statement of David Bohm.

Heidegger, Martin. 1996. Being and Time: A Translation of «Sein und Zeit», Translated by Joan Stambaugh. State University of New York Press. (Русский перевод: Мартин Хайдеггер. Бытие и время / Пер. В. В. Бибихина. М.: Академический проект, 2015.)

– – —. 1999. Contributions to Philosophy from Enowning. Translated by Parvis Emad and Kenneth Maly. Indiana University Press.

Heilbron, John L. 1985. «The Earliest Missionaries of the Copenhagen Spirit», Revue d’histoire des sciences 38 (3–4): 195–230. doi:10.3406/rhs.1985.4005.

Heisenberg, Werner. 1958. Physics and Philosophy. Harper Torchbooks, ed. Harper and Row.

– – —. 1971. Physics and Beyond. HarperCollins. (Русский перевод: Вернер Гейзенберг. Физика и философия. М.: Наука, 1989.)

Holton, Gerald. 1988. Thematic Origins of Scientific Thought. Rev. ed. Harvard University Press.

– – —. 1998. The Advancement of Science, and Its Burdens. Harvard University Press.

Howard, Don. 1985. «Einstein on Locality and Separability». Studies in History and Philosophy of Science 16:171–201.

– – —. 1990. «‘Nicht sein kann was nicht sein darf,’ or the Prehistory of EPR, 1909–1935: Einstein’s Early Worries About the Quantum Mechanics of Composite Systems», In Sixty-Two Years of Uncertainty: Historical, Philosophical, and Physical Inquiries into the Foundations of Quantum Mechanics, edited by Arthur I. Miller, 61–111. Plenum Press.

– – —. 2004. «Who Invented the ‘Copenhagen Interpretation’? A Study in Mythology», Philosophy of Science 71 (5): 669–682.

– – —. 2007. «Revisiting the Einstein-Bohr Dialogue», Iyyun: The Jerusalem Philosophical Quarterly 56:57–90.

– – —. 2015. «Einstein’s Philosophy of Science», In The Stanford Encyclopedia of Philosophy, Winter 2015 ed., edited by Edward N. Zalta. http://plato.stanford.edu/archives/win2015/entries/einstein-philscience/.

Huff, Douglas, and Omer Prewett, eds. 1979. The Nature of the Physical Universe: 1976 Nobel Conference. Wiley.

Incandenza, James O. 1997. Kinds of Light. Meniscus Films.

Interagency Working Group on Quantum Information Science of the Subcommittee on Physical Sciences. 2016. Advancing Quantum Information Science: National Challenges and Opportunities. Joint report of the Committee on Science and Committee on Homeland and National Security of the National Science and Technology Council. July, https://www.whitehouse.gov/sites/whitehouse.gov/files/images/Quantum_Info_Sci_Report_2016_07_22%20final.pdf, просм. 14 июля 2017 г.

Isaacson, Walter. 2007. Einstein: His Life and Universe. Simon and Schuster.

Jaki, Stanley L. 1978. «Johann Georg von Soldner and the Gravitational Bending of Light, with an English Translation of His Essay on It Published in 1801», Foundations of Physics 8 (11/12): 927–950.

Jammer, Max. 1974. The Philosophy of Quantum Mechanics. John Wiley & Sons.

– – —. 1989. The Conceptual Development of Quantum Mechanics. 2nd ed. Tomash.

Kaiser, David. 2002. «Cold War Requisitions, Scientific Manpower, and the Production of American Physicists After World War II», Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 33 (1): 131–159.

– – —. 2004. «The Postwar Suburbanization of American Physics», American Quarterly 56 (4): 851–888.

– – —. 2007. «Turning Physicists into Quantum Mechanics», Physics World, May, 28–33.

– – —. 2011. How the Hippies Saved Physics: Science, Counterculture, and the Quantum Revival. W. W. Norton.

– – —. 2012. «Booms, Busts, and the World of Ideas: Enrollment Pressures and the Challenge of Specialization», Osiris 27 (1): 276–302.

– – —. 2014. «History: Shut Up and Calculate!» Nature 505 (January 9): 153–155. doi:10.1038/505153a.

Keller, Evelyn Fox. 1979. «Cognitive Repression in Contemporary Physics», American Journal of Physics 47 (8): 718–721.

Kennefick, Daniel. 2005. «Einstein Versus the Physical Review», Physics Today 58 (9): 43–48. doi:10.1063/1.2117822.

Kuhn, Thomas S. 1996. The Structure of Scientific Revolutions. 3rd ed. University of Chicago Press. (Русский перевод: Т. Кун. Структура научных революций. М.: Прогресс, 1977.)

– – —. 2000. The Road Since Structure. Edited by James Conant and John Haugeland. University of Chicago Press.

Kumar, Manjit. 2008. Quantum: Einstein, Bohr, and the Great Debate About the Nature of Reality. Icon Books.

Lang, Daniel. 1953. «A Farewell to String and Sealing Wax», Reprinted in From Hiroshima to the Moon: Chronicles of Life in the Atomic Age, by Daniel Lang, 215–246. Simon and Schuster, 1959.

– – —. 1959. From Hiroshima to the Moon: Chronicles of Life in the Atomic Age. Simon and Schuster.

Levenson, Thomas. 2015. The Hunt for Vulcan. Random House.

Lindley, David 2001. Boltzmann’s Atom. Free Press.

– – —. 2007. Uncertainty: Einstein, Heisenberg, Bohr, and the Struggle for the Soul of Science. Anchor.

Ma, Xiao-Song, et al. 2012. «Quantum Teleportation over 143 Kilometres Using Active Feed-Forward», Nature 489 (September 13): 269–273. doi:10.1038/nature11472.

Mann, Charles, and Robert Crease. 1988. «Interview: John Bell», OMNI, May, 85–92, 121.

Marcum, James A. 2015. Thomas Kuhn’s Revolutions. Bloomsbury.

Margenau, Henry. 1950. The Nature of Physical Reality: A Philosophy of Modern Physics. McGraw-Hill.

– – —. 1954. «Advantages and Disadvantages of Various Interpretations of the Quantum Theory», Physics Today 7 (10): 6–13. doi:10.1063/1.3061432.

– – —. 1958. «Philosophical Problems Concerning the Meaning of Measurement in Physics», Philosophy of Science 25 (1): 23–33. doi:10.1086/287574.

Maudlin, Tim. 2002. Quantum Non-locality and Relativity. 2nd ed. Blackwell.

Maxwell, Grover. 1962. «The Ontological Status of Theoretical Entities», Minnesota Studies in the Philosophy of Science 3:3–27.

Mencken, H. L. 1917. «The Divine Afflatus», New York Evening Mail, November 16.

Mermin, N. David. 1985. «Is the Moon There When Nobody Looks? Reality and the Quantum Theory», Physics Today 38 (4): 38–47.

– – —. 1990. Boojums All the Way Through: Communicating Science in a Prosaic Age. Cambridge University Press.

– – —. 1993. «Hidden Variables and the Two Theorems of John Bell», Reviews of Modern Physics 65 (3): 803–815.

– – —. 2004a. «What’s Wrong with This Quantum World?» Physics Today, February, 10–11.

– – —. 2004b. «Could Feynman Have Said This?» Physics Today 57 (5): 10–11. doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.1768652.

Mersini-Houghton, Laura. 2008. «Thoughts on Defining the Multiverse», https://arxiv.org/abs/0804.4280.

Miller, Arthur I. 2012. Insights of Genius: Imagery and Creativity in Science and Art. Springer.

Misner, Charles W. 2015. «A One-World Formulation of Quantum Mechanics», Physica Scripta 90 (088014), 6pp.

Misner, Charles W., Kip S. Thorne, and Wojciech H. Zurek. 2009. «John Wheeler, Relativity, and Quantum Information», Physics Today, April, 40–46.

National Aeronautics and Space Administration. 2013. «Wilkinson Microwave Anisotropy Probe». https://map.gsfc.nasa.gov/, просм. 24 июля 2017 г.

Neurath, Otto. 1973. Empiricism and Sociology. Reidel.

New York Times. 1935. «Einstein Attacks Quantum Theory», Science Service, May 4, p. 11.

New York Times. 1935. «Statement by Einstein», May 7, p. 21.

Nielsen, Michael A., and Isaac L. Chuang. 2000. Quantum Computation and Quantum Information. Cambridge University Press.

Norsen, Travis. 2007. «Against ‘Realism’». Foundations of Physics 37 (3): 311–340. doi:10.1007/s10701-007-9104-1.

Norsen, Travis, and Sarah Nelson. 2013. «Yet Another Snapshot of Foundational Attitudes Toward Quantum Mechanics», arXiv:1306.4646.

Norton, John D. 2015. «Relativistic Cosmology», http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters_2017_Jan_1/relativistic_cosmology/index.html. просм. 24 июля 2017 г.

O’Connor, J. J., and E. F. Robertson. 2003. «Erwin Rudolf Josef Alexander Schroedinger», http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Biographies/Schrodinger.html, просм. 25 сентября 2017 г.

Olwell, Russell. 1999. «Physical Isolation and Marginalization in Physics: David Bohm’s Cold War Exile», Isis 90 (4): 738–756.

Ouellette, Jennifer. 2005. «Quantum Key Distribution», Industrial Physicist, January/February, 22–25. https://people.cs.vt.edu/~kafura/cs6204/Readings/QuantumX/QuantumKeyDistribution.pdf, просм. 14 июля 2017 г.

Pais, Abraham. 1991. Niels Bohr’s Times in Physics, Philosophy, and Polity. Oxford University Press.

Pauli, Wolfgang. 1921. Theory of Relativity. Translated by G. Field. Dover. (Русский перевод: Вольфганг Паули. Теория относительности / Пер. В. Л. Гинзбурга и В. П. Фролова. М.: Наука, 1991.)

– – —. 1994. Writings on Physics and Philosophy. Edited by Charles P. Enz and Karl von Meyenn. Translated by Robert Schlapp. Springer-Verlag.

Pearle, Philip. 2009. «How Stands Collapse II», In Quantum Reality, Relativistic Causality, and Closing the Epistemic Circle, edited by W. C. Myrvold and J. Christian, 257–292. Springer.

Peat, F. David. 1997. Infinite Potential: The Life and Times of David Bohm. Addison Wesley Longman.

Pigliucci, Massimo. 2014. «Neil deGrasse Tyson and the Value of Philosophy», Scientia Salon, May 12. https://scientiasalon.wordpress.com/2014/05/12/neil-degrasse-tyson-and-the-value-of-philosophy/, просм. 28 июля 2017 г.

Powers, Thomas. 2001. «Heisenberg in Copenhagen: An Exchange», New York Review of Books, February 8, 2001.

Putnam, Hilary. 1965. «A Philosopher Looks at Quantum Mechanics», In Putnam 1979, 130–158.

– – —. 1979. Mathematics, Matter, and Method. 2nd ed. Cambridge University Press.

Quine, Willard Van Orman. 1953. From a Logical Point of View. Harper Torchbooks ed. Harper and Row.

– – —. 1976. The Ways of Paradox. Harvard University Press.

– – —. 2008. Quine in Dialogue. Edited by Dagfinn øllesdal and Douglas B.Quine. Harvard University Press.

Reichenbach, Hans. 1944. Philosophic Foundations of Quantum Mechanics. Dover.

Reisch, George. 2005. How the Cold War Transformed Philosophy of Science: To the Icy Slopes of Logic. Cambridge University Press.

Rhodes, Richard. 1986. The Making of the Atomic Bomb. Simon and Schuster.

Rosenfeld, L. 1963. «On Quantization of Fields», Nuclear Physics 40:353.

Ruetsche, Laura. 2011. Interpreting Quantum Theories. Oxford University Press.

Sarkar, Sahotra, ed. 1996a. Science and Philosophy in the Twentieth Century. Vol. 1, The Emergence of Logical Positivism. Garland.

– – —, ed. 1996b. Science and Philosophy in the Twentieth Century. Vol. 5, Decline and Obsolescence of Logical Positivism. Garland.

Schiff, Leonard I. 1955. Quantum Mechanics. 2nd ed. McGraw-Hill.

Schilpp, Paul Arthur, ed. 1949. Albert Einstein: Philosopher-Scientist. MJF Books.

Schlosshauer, Maximilian, ed. 2011. Elegance and Enigma: The Quantum Interviews. Springer.

Schlosshauer, Maximillian, et al. 2013. «A Snapshot of Foundational Attitudes Toward Quantum Mechanics», arXiv:1301.1069.

Seevinck, M. P. 2012. «Challenging the Gospel: Grete Hermann on von Neumann’s No-Hidden-Variables Proof», Radboud University, Nijmegen, the Netherlands. http://mpseevinck.ruhosting.nl/seevinck/Aberdeen_Grete_Hermann2.pdf, просм. 20 сентября 2017 г.

Shimony, Abner. 1963. «Role of the Observer in Quantum Theory», American Journal of Physics 31:755–773. doi:10.1119/1.1969073.

Sigurdsson, Skủli. 1990. «The Nature of Scientific Knowledge: An Interview with Thomas S. Kuhn», Harvard Science Review, Winter, 18–25. http://www.edition-open-access.de/proceedings/8/3/index.html.

Sivasundaram, Sujeevan, and Kristian Hvidtfelt Nielsen. 2016. «Surveying the Attitudes of Physicists Concerning Foundational Issues of Quantum Mechanics», arXiv:1612.00676.

Smart, J. J. C. 1963. Philosophy and Scientific Realism. Routledge and Kegan Paul.

Smyth, Henry D. 1951. «The Stockpiling and Rationing of Scientific Manpower», Physics Today 4 (2): 18. doi:10.1063/1.3067145.

Sommer, Christoph. 2013. «Another Survey of Foundational Attitudes Towards Quantum Mechanics», arXiv:1303.2719.

Stadler, Friedrich. 2001. «Documentation: The Murder of Moritz Schlick», In The Вена Circle: Studies in the Origins, Development, and Influence of Logical Empiricism, edited by Friedrich Stadler, 866–909. Springer.

Stanford Daily. 1928. «Dr. Moritz Schlick to Be Visiting Professor Next Summer Quarter», July 31, p. 1. http://stanforddailyarchive.com/cgi-bin/stanford?a=d&d=stanford19280731-01.2.6.

Talbot, Chris, ed. 2017. David Bohm: Causality and Chance, Letters to Three Women. Springer.

Tegmark, Max. 1997. «The Interpretation of Quantum Mechanics: Many Worlds or Many Words?» arXiv: quant-ph/9709032.

Teller, Paul. 1995. An Interpretive Introduction to Quantum Field Theory. Princeton University Press.

Thorne, Kip. 1994. Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. W. W. Norton. (Русский перевод: Кип Торн. Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна. М.: Физматлит, 2017.)

Von Neumann, John. 1955. Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Translated by Robert T. Beyer. Princeton University Press. (Русский перевод: Дж. Фон Нейман. Математические основы квантовой механики. М.: Наука, 1964.)

Warman, Matt. 2011. «Stephen Hawking Tells Google ‘Philosophy Is Dead’» Telegraph, May 17. http://www.telegraph.co.uk/technology/google/8520033/Stephen-Hawking-tells-Google-philosophy-is-dead.html, просм. 28 июля 2017 г.

Weinberg, Steven. 2003. The Discovery of Subatomic Particles. 2nd ed. Cambridge University Press.

– – —. 2012. «Collapse of the State Vector», Physical Review A 85, 062116.

– – —. 2013. Lectures on Quantum Mechanics. Cambridge University Press.

– – —. 2014. «Quantum Mechanics Without State Vectors», arXiv: 1405.3483.

Werkmeister, William H. 1936. «The Second International Congress for the Unity of Science», Philosophical Review 45 (6): 593–600.

Wheeler, John A. 1957. «Assessment of Everett’s ‘Relative State’ Formulation of Quantum Theory», In Barrett and Byrne 2012, 197–202.

– – —. 1985. «Physics in Copenhagen in 1934 and 1935», In French and Kennedy 1985, 221–226.

Wheeler, John A., and Kenneth Ford. 1998. Geons, Black Holes, and Quantum Foam: A Life in Physics. W. W. Norton.

Wheeler, John A., and Wojciech H. Zurek, eds. 1983. Quantum Theory and Measurement. Princeton University Press.

Whitaker, Andrew. 2012. The New Quantum Age: From Bell’s Theorem to Quantum Computation and Teleportation. Oxford University Press.

– – —. 2016. John Stewart Bell and Twentieth-Century Physics. Oxford University Press.

Wick, W. David. 1995. The Infamous Boundary. Copernicus.

Wigner, E. P. 1963. «Problem of Measurement», American Journal of Physics 31 (1): 6–15.

Wigner, Eugene, and Andrew Szanton. 1992. The Recollections of Eugene P. Wigner: As Told to Andrew Szanton. Plenum Press.

Wise, M. Norton. 1994. «Pascual Jordan: Quantum Mechanics, Psychology, National Socialism», In Science, Technology, and National Socialism, edited by Monika Renneberg and Mark Walker. Cambridge University Press.

Zeh, H. Dieter. 2002. «Decoherence: Basic Concepts and Their Interpretation», https://arxiv.org/abs/quant-ph/9506020.

– – —. 2006. «Roots and Fruits of Decoherence», arXiv: quant-ph/0512078v2.

Zeilinger, Anton. 2005. «The Message of the Quantum», Nature 438 (December 8): 743.

Zurek, W. H. 1981. «Pointer Basis of Quantum Apparatus: Into What Mixture Does the Wave Packet Collapse?» Physical Review D 24 (6): 1516–1525.

– – —. 1991. «Decoherence and the Transition from Quantum to Classical», Physics Today 44 (October): 36–44.

* * *

Примечания

1

Werner Heisenberg 1958, Physics and Philosophy, Harper Torchbooks ed. (Harper and Row), p. 129. – Здесь и далее примечания автора, если не указано иное.

2

N. David Mermin 1990, Boojums All the Way Through: Communicating Science in a Prosaic Age (Cambridge), p. 199.

3

Werner Heisenberg 1971, Physics and Beyond (Harper&Collins), p. 63.

4

См. Stanley L. Jaki 1978, «Johann Georg von Soldner and the Gravitational Bending of Light, with an English Translation of His Essay on It Published in 1801», Foundations of Physics 8 (11/12): 927–950. Этот эксперимент можно было бы осуществить за несколько десятилетий до Эйнштейна. По сути, он был предложен за столетие до него Иоганном Зольднером в качестве проверки ньютоновской физики. Никто, однако, этой идеей не заинтересовался, пока Эйнштейн не предложил теорию, альтернативную Ньютоновой теории гравитации и проверяемую тем же способом.

5

Jeremy Bernstein 1991, Quantum Profiles (Princeton University Press), p. 20. Если верить Бернстайну, Белл делал акцент на словах «точно знал». Еще Бернстайн пишет: «Белл выговаривал слово “паршиво” со смаком».

6

John S. Bell 2004, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, 2nd ed. (Cambridge University Press), p. 160.

7

Bell 2004, p. 160.

8

Charles Mann and Robert Crease 1988, «Interview: John Bell». OMNI, May, 90.

9

Пер. В. Кулагина-Ярцева. М., 1992.

10

Max Jammer 1974, The Philosophy of Quantum Mechanics (John Wiley & Sons), p. 204. Однако см. также N. David Mermin 2004a, «What’s Wrong with This Quantum World?» Physics Today, February, pp. 10–11.

11

Heisenberg 1958, p. 129.

12

Jammer 1974, p. 164. Заметим, что позиция Йордана противоречит точке зрения Бора, а Гейзенберг, возможно, не согласен с ними обоими. Фактически под общим именем копенгагенской интерпретации объединяют много противоречащих друг другу течений, декларирующих тем не менее свое единство. Больше об этом см. в главе 3.

13

Письмо Эйнштейна Д. Липкину от 5 июля 1952 г., цит. по Arthur Fine 1996, The Shaky Game, 2nd ed. (University of Chicago Press), p. 1.

14

Kaiser 2011, How the Hippies Saved Physics: Science, Counterculture, and the Quantum Revival (W. W. Norton), p. 8.

15

Fine 1996, p. 94.

16

Max Born 2005, The Born-Einstein Letters: Friendship, Politics and Physics in Uncertain Times (Macmillan), p. 140.

17

Richard Rhodes 1986, The Making of the Atomic Bomb (Simon and Schuster), pp. 108–109.

18

См. Fine 1996, p. 42n3, где этот вопрос долго обсуждается.

19

Цит. по Mara Beller 1999b, Quantum Dialogue: The Making of a Revolution (University of Chicago Press), pp. 213–214.

20

Jammer 1974, pp. 273–274; см. также английский перевод соответствующей части статьи Герман: http://mpseevinck.ruhosting.nl/seevinck/trans.pdf, просм. 20 сентября 2017 г.

21

См. N. David Mermin 1993, «Hidden Variables and the Two Theorems of John Bell», Reviews of Modern Physics 65 (3): 805. «Грета Герман указала на грубый просчет в аргументации, но на это, кажется, никто просто не обратил никакого внимания. Все продолжали ссылаться на доказательство фон Неймана». Больше о Герман см. в слайд-презентации M. П. Сивинк о Грете Герман (2012). См. также ресурсы на http://web.mit.edu/redingtn/www/netadv/PHghermann.html, просм. 20 сентября 2017 г.

22

См. Jammer 1974, p. 247: «Несмотря на то что некоторые ведущие физики, такие как Эйнштейн и Шрёдингер, находились в оппозиции к взглядам Бора, огромное большинство физиков принимали идею дополнительности, то есть копенгагенскую интерпретацию, в общем безоговорочно, по крайней мере в первые два десятилетия после ее появления».

23

Примечание для специалистов: я просто использую в качестве примера волновую функцию в пространстве точек для одночастичных стационарных состояний. Позже я перейду к более сложным вещам.

24

Иногда «измеритель волновой функции» может показать на табло и мнимое число, что-то вроде квадратного корня из минус единицы. Но сложности мы пока проигнорируем.

25

Технически вероятность равна квадрату волновой функции, но идея та же.

26

Walter Isaacson 2007, Einstein: His Life and Universe (Simon and Schuster), p. 515.

27

Bell 2004, p. 117.

28

Heisenberg 1971, p. 62.

29

Термин «квантовая физика» возник не из модели атома Бора. Он медленно входил в употребление на протяжении первого десятилетия XX века, по мере того как открывались различные явления, включавшие в себя поглощение или излучение дискретных порций электромагнитной энергии, начиная с планковского закона излучения абсолютно черного тела. Этот период истории физики, сквозь который я быстро пробегаю, – от открытия Планка в 1900 году до упоминаемых в этой главе теорий, развитых Гейзенбергом и Шрёдингером в 1925 году, – стоит того, чтобы посвятить ему отдельную книгу. Много таких книг уже написано: см. в качестве удачных примеров Manjit Kumar 2008, Quantum: Einstein, Bohr, and the Great Debate About the Nature of Reality (Icon Books/Norton) и David Lindley 2007, Uncertainty: Einstein, Heisenberg, Bohr, and the Struggle for the Soul of Science (Anchor).

30

Heisenberg 1971, p. 61.

31

Ibid.

32

Ibid., p. 64.

33

Kumar 2008, p. 193.

34

Isaacson 2007, p. 84.

35

Albert Einstein 1949a, «Autobiographical Notes», in Albert Einstein: Philosopher-Scientist, edited by Paul Arthur Schilpp (MJF Books, 1949), p. 21.

36

См. Don Howard 2015, «Einstein’s Philosophy of Science», в The Stanford Encyclopedia of Philosophy, Winter ed., edited by Edward N. Zalta, http://plato.stanford.edu/archives/win2015/entries/einstein-philscience/. См. также в главе 8 еще о влиянии, которое Эйнштейн оказывал на последователей Маха, и об их реакции на открытие ими истинных философских воззрений Эйнштейна.

37

Gerald Holton 1998, Thematic Origins of Scientific Thought, rev. ed. (Harvard University Press), p. 70.

38

Ibid., p. 130.

39

Einstein 1949a, p. 21.

40

Isaacson 2007, p. 334.

41

Kumar 2008, p. 262. Курсив в оригинале.

42

Последним упрямцам все же пришлось в конце концов признать реальность фотонов как побочного эффекта в экспериментах Белла, выполненных Джоном Клаузером в 1970-х (см. главу 9).

43

Kumar 2008, p. 35.

44

Lincoln Barnett 1949, The Universe and Dr. Einstein (Victor Gollancz), p. 49.

45

Isaacson 2007, p. 331.

46

Heisenberg 1971, p. 62.

47

Вероятно, эту формулировку своей позиции Гейзенберг придумал «апостериори». Истинные мотивы, по которым он игнорировал орбиты, заключались, вероятно, в том, что в предшествующем десятилетии они оказались в целом бесполезны для объяснения новых экспериментальных результатов. См. Beller 1999b, главы 2 и 3, и особенно pp. 52–58.

48

Ibid., p. 63.

49

Ibid., p. 64.

50

Ibid., pp. 65–66.

51

Kumar 2008, p. 227.

52

Ibid., p. 131.

53

Австрийский и нидерландский физик-теоретик (1880–1933). – Прим. ред.

54

Ibid., p. 132.

55

Mara Beller 1999a, «Jocular Commemorations: The Copenhagen Spirit». Osiris 14, p. 266.

56

Ibid., p. 257.

57

John L. Heilbron 1985, «The Earliest Missionaries of the Copenhagen Spirit», Revue d’histoire des sciences 38, nos. 3–4, pp. 195–230. doi:10.3406/rhs.1985.4005, p. 223.

58

Beller 1999a, p. 258.

59

Ibid., p. 271n54.

60

Ibid., pp. 258–259.

61

George Gamow 1988, The Great Physicists from Galileo to Einstein (Dover), p. 237.

62

Beller 1999a, p. 261.

63

Niels Bohr 1934, Atomic Theory and the Description of Nature (Cambridge University Press), p. 53, в опубликованной версии его выступления на оз. Комо (которая изначально появилась в английском журнале Nature, как объясняет Бор в предисловии к этому тому).

64

Beller 1999a, p. 256.

65

Ibid., p. 257.

66

Beller 1999a, p. 257.

67

Ibid., p. 252.

68

David Cassidy 1991, Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg (W. H. Freeman), p. 214.

69

Ibid., p. 213.

70

Ibid.

71

Beller 1999b, p. 29.

72

Kumar 2008, p. 212.

73

Ibid., p. 222.

74

Heisenberg 1971, p. 73.

75

Ibid., p. 75.

76

Ibid., p. 76.

77

Ibid.

78

См. главу 1.

79

Bohr 1934, p. 53.

80

Ibid., p. 54.

81

Ibid., pp. 56–57.

82

Он мог бы повторить то же самое и за Кантом. А мог бы сделать что-нибудь совсем другое; трудность понимания стиля Бора неизменно приводила к разным толкованиям предмета.

83

Несколько других интерпретаций подробно описаны начиная с главы 5. Заметим также, что не имеет значения, верны ли какие-либо из этих интерпретаций, поскольку Бор заявляет, что невозможно описать квантовый мир, не прибегая к дополнительности, простая логическая возможность других интерпретаций квантовой механики выбивает у Бора почву из-под ног.

84

Поль Дирак, интервью Томасу Куну, 14 мая 1963 г., Кембридж, Англия, любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США, https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4575-5, часть 5.

85

Discussion Sections at Symposium on the Foundations of Modern Physics: The Copenhagen Interpretation 60 Years after the Como Lecture, 1987, p. 7.

86

Отдельные фрагменты этой легенды записаны. Написанные крупными физиками популярные книги часто содержат ее варианты; например, она появляется в книгах Стивена Хокинга, Stephen Hawking 1988, A Brief History of Time (Bantam Dell), p. 56 (русский перевод: С. Хокинг. Краткая история времени. М.: АСТ, 2019 / пер. Н. Смородинской) и Stephen Hawking 1999, «Does God Play Dice?» http://www.hawking.org.uk/does-god-play-dice.html, просм. 18 марта 2016. Ее изложение в основном встречается в историях о развитии квантовой физики, в частности Jammer 1974 и Max Jammer 1989, The Conceptual Development of Quantum Mechanics, 2nd ed. (Tomash) (см., например, p. 374, в Jammer 1989). Она упоминается также в воспоминаниях об этом периоде, написанных спустя десятилетия Бором и Гейзенбергом (Niels Bohr 1949, «Discussion with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics», in Schilpp 1949; Heisenberg 1971). Однако ей противоречат материалы, сохранившиеся от периода разработки квантовой физики (например, труды Пятой Сольвеевской конференции, содержащиеся в книге Guido Bacciagaluppi and Antony Valentini 2009, Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference, arXiv: quant-ph/0609184v2, а также письма Эйнштейна, Шрёдингера, Бора и других), и поэтому слепо доверять ей не стоит. Подробнее об этом см.: Don Howard 2004, «Who Invented the ‘Copenhagen Interpretation’? A Study in Mythology». Philosophy of Science 71 (5): 669–682; Don Howard 2007, «Revisiting the Einstein-Bohr Dialogue». Iyyun: The Jerusalem Philosophical Quarterly 56:57–90; Fine 1996; Beller 1999b; James Cushing 1994, Quantum Mechanics: Historical Contingency and the Copenhagen Hegemony (University of Chicago Press); Olival Freire Jr. 2015, The Quantum Dissidents: Rebuilding the Foundations of Quantum Mechanics (Springer-Verlag); Jean Bricmont 2016, Making Sense of Quantum Mechanics (Springer International).

87

Письмо Альберта Эйнштейна к Максу Борну от 4 декабря 1926 г.; репринт в Born 2005.

88

Kumar 2008, p. 150.

89

Bacciagaluppi and Valentini 2009, pp. 242–244.

90

Ibid., pp. 254–255.

91

Ibid., p. 435.

92

См. конец главы 2. Мы не знаем, что в действительности сказал Бор, – он не представил в сборник трудов конференции своих комментариев, попросив, чтобы их заменили текстом его лекции на оз. Комо. Однако стенограммы заседаний конференции показывают, что их содержание в основном совпадает. См. больше об этом: Bacciagaluppi and Valentini 2009.

93

Beller 1999a, p. 268.

94

Paul Forman 1971, «Weimar Culture, Causality, and Quantum Theory: Adaptation by German Physicists and Mathematicians to a Hostile Environment», HistoricalStudies in the Physical Sciences 3:1–115.

95

Мы увидим другие примеры высказываний последователей логического позитивизма в главе 8.

96

Kumar 2008, p. 157.

97

Ibid., p. 160.

98

Ibid.

99

Ibid.

100

Born 2005, p. 218.

101

Первая половина: Jammer 1974, p. 204; вторая половина: Bohr 1934, pp. 56–57.

102

Heisenberg 1958, p. 186.

103

Wolfgang Pauli 1994, Writings on Physics and Philosophy, edited by Charles P. Enz and Karl von Meyenn, translated by Robert Schlapp (Springer-Verlag), p. 33.

104

К их чести, надо сказать, что никто из них – ни Гейзенберг, ни Иордан, ни кто-нибудь еще – не говорил, что какая-либо согласованная интерпретация существует – по крайней мере, в то время. Иордан в 1927 году говорил о «гёттингенско-копенгагенском духе», а тремя годами позднее Гейзенберг упоминал в сходном контексте «копенгагенский дух квантовой теории», но выражение «копенгагенская интерпретация» впервые было употреблено в 1955 году Гейзенбергом. См. об этом еще главу 4 и Howard 2004.

105

Jammer 1974, p. 204; но см. также N. David Mermin 1985, «Is the Moon There When Nobody Looks? Reality and the Quantum Theory», Physics Today 38 (4): 38–47.

106

Albert Einstein 1949b, «Reply to Criticisms», in Schilpp 1949, p. 667.

107

Ibid., p. 669.

108

Эйнштейн до этого уже несколько лет раздумывал над проблемой локальности в квантовой физике; еще до матричной механики Гейзенберга Эйнштейн понял, что статистика фотонов подразумевает некоторый вид нелокальности. См. Howard 2007. Еще в 1909 году Эйнштейн также знал, что идея фотонов, объединенная с принципом локальности, означает серьезный пересмотр максвелловских законов электромагнетизма. См. Bacciagaluppi and Valentini 2009.

109

Bacciagaluppi and Valentini 2009, p. 487.

110

Ibid., p. 487.

111

Ibid., pp. 487–488. Баччагалуппи и Валентини (Bacciagaluppi and Valentini) сами отмечают это: «Аргументация Эйнштейна столь компактна, что ее смысл легко ускользает; ее нетрудно счесть ошибочной и основанной на элементарной путанице в определении вероятности» (p. 195).

112

В конце концов, если волновая функция представляет собой просто утверждение о вероятности того, что единичный электрон будет зарегистрирован в некоторой точке пленки, то логически невозможно, чтобы волновая функция одного электрона привела к тому, чтобы пленка зарегистрировала два электрона в двух разных точках. Но эта аргументация создает порочный круг, так как в ней уже предполагается, что волновая функция – это всего лишь распределение вероятности. Другими словами, в этой аргументации уже предполагается наличным тот самый вывод, который Бор и его компания хотят получить. См. далее об этом: Ibid., p. 195.

113

См., например, традиционную трактовку этого столкновения, в котором Эйнштейна кладет на лопатки его собственная теория, умело использованная победоносным Бором, в Kumar 2008.

114

Don Howard 1990, «‘Nicht sein kann was nicht sein darf,’ or the Prehistory of EPR, 1909–1935: Einstein’s Early Worries About the Quantum Mechanics of Composite Systems», in Sixty-Two Years of Uncertainty: Historical, Philosophical, and Physical Inquiries into the Foundations of Quantum Mechanics, edited by Arthur I. Miller, 61–111 (Plenum Press). Цит. на с. 98.

115

Даже если бы Эйнштейна в действительности беспокоил принцип неопределенности, обращение Бора к общей относительности должно вызывать не иронию, а настороженность. Логическая состоятельность квантовой физики не должна основываться на существовании общей относительности, так как эти две теории не только независимы, но, что общеизвестно, несовместимы. Существует решение приписываемого Бором Эйнштейну парадокса, в котором не используется ничего, кроме квантовой физики, но это решение не только не было предложено Бором, но и вообще никем в течение еще многих десятилетий. См. более подробно об этом: Howard 1990; Howard 2007; Bricmont 2016, pp. 238–241.

116

Воспроизведена в Wheeler and Zurek 1983, p. 138.

117

New York Times 1935, «Einstein Attacks Quantum Theory», Science Service, May 4, 1935.

118

New York Times 1935, «Statement by Einstein», May 7, 1935.

119

Fine 1996, p. 35.

120

Ibid., p. 38.

121

Спустя много лет Эйнштейн сказал это прямо: «Парадокс ЭПР требует от нас отказаться от одного из следующих утверждений: 1) описание посредством волновой функции является полным; 2) реальные состояния пространственно разделенных объектов независимы друг от друга (локальность)» (Einstein 1949b, p. 682).

122

Born 2005, p. 155.

123

Ibid., pp. 169–170.

124

Kumar 2008, p. 313.

125

Ibid., p. 307.

126

Wheeler and Zurek 1983, p. 142.

127

Ibid., p. 143.

128

Ibid., p. 148. Курсив в оригинале.

129

Jammer (1974) полагает, что Бор так думал; Белл в этом не уверен (John Bell 1981, «Bertlmann’s Socks and the Nature of Reality», Journal de Physique, Seminar C2, suppl., 42 (3): C2 41–61, reprinted in Bell 2004). Bell 2004, pp. 155–156.

130

Bohr 1949, p. 234.

131

То есть в части, цитируемой в предыдущем параграфе, которую Бор сам назвал решающей.

132

Born 2005, p. 207.

133

Kumar 2008, p. 313.

134

См. в Jammer 1974 выборку современных и более поздних отзывов.

135

Fine 1996, p. 66.

136

В одной из этих статей, пытаясь объяснить странности, возникающие в рамках «копенгагенского подхода» к проблеме измерения, помещено описание знаменитого мысленного эксперимента с «котом Шрёдингера», о котором рассказывалось во введении.

137

Fine 1996, p. 74.

138

Jammer 1974, p. 187.

139

Наиболее известен случай с Максом Борном, который считал, что затруднения Эйнштейна в интерпретации квантовой физики связаны с детерминизмом, пока Паули его не вразумил. См. Born 2005, а также Mermin 1985 для дополнительных сведений. Несмотря на то что Раули объяснил Борну его ошибку в 1954 году, это недоразумение продолжается по сей день; см. Jammer 1974, p. 188, и Hawking 1988, p. 56, – два наиболее ярких примера этого.

140

Jammer 1974, p. 188.

141

Эйнштейн – Шрёдингеру, 19 июня 1935. Translation by Don Howard 1985, «Einstein on Locality and Separability», Studies in History and Philosophy of Science 16:178.

142

Beller 1999b, p. 4.

143

Цит. по Beller 1999a, p. 257.

144

Heisenberg 1958, p. 129.

145

Ibid., pp. 54–55.

146

Ibid., p. 43.

147

Ibid., p. 128.

148

Было ли это истинной причиной визита Планка, остается предметом некоторых разногласий. Различные мнения имеются также о том, как эта встреча проходила; см. более подробно в Ball 2013.

149

Ibid., p. 62.

150

Kumar 2008, p. 293.

151

Ball 2013, p. 62.

152

Rhodes 1986, p. 188.

153

Ball 2013, p. 72; Rhodes 1986, p. 185.

154

Isaacson 2007, p. 401.

155

Max Born 1978, My Life: Recollections of a Nobel Laureate (Scribner’s Sons), p. 251.

156

J. J. O’Connor and E. F. Robertson 2003, «Erwin Rudolf Josef Alexander Schroedinger», http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Biographies/Schrodinger.html, accessed September 25, 2017.

157

Ibid.

158

Laura Fermi 1954, Atoms in the Family: My Life with Enrico Fermi (University of Chicago Press), p. 120.

159

Born 2005, p. 111.

160

Rhodes 1986, pp. 195–196.

161

Марина Уайтман (дочь фон Неймана), интервью Грею Уотсону, 30 января 2011 г., https://web.archive.org/web/20110428125353, http://256.com/gray/docs/misc/conversation_with_marina_whitman.shtml.

162

Юджин Вигнер, интервью Чарльзу Вайнеру и Джегдиш Мехра, 30 ноября 1966 г., Принстон, Нью-Йорк, США (любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США), http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4964, просм. 6 апреля 2016 г.

163

Rhodes 1986, p. 106.

164

Ibid., p. 109.

165

John von Neumann 1955, Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, translated by Robert T. Beyer (Princeton University Press), p. ix.

166

Ibid., pp. 349–351.

167

Ibid., p. 420.

168

Ibid.

169

Ibid.

170

Столкновение ядра U-238 с медленным нейтроном иногда приводит к образованию другого элемента – плутония-239. Pu-239 может расщепляться медленными нейтронами почти так же, как и U-235, но производство Pu-239 из U-238 требует прежде всего хорошего источника медленных нейтронов, а лучший источник медленных нейтронов – управляемая ядерная цепная реакция. Поэтому получать Pu-239 из U-238 гораздо легче, если у вас уже есть какое-то количество U-235.

171

Rhodes 1986, p. 294.

172

Ibid., p. 275.

173

Wigner 1966, interview.

174

Ibid.

175

Ibid.

176

Rhodes 1986, p. 281.

177

Франклин Делано Рузвельт. Прим. ред.

178

Ibid., pp. 378 and 387.

179

Ibid., p. 381.

180

Daniel Lang 1953, «A Farewell to String and Sealing Wax», reprinted in From Hiroshima to the Moon: Chronicles of Life in the Atomic Age, by Daniel Lang (Simon and Schuster, 1959), p. 58.

181

David Cassidy 2009, Beyond Uncertainty: Heisenberg, Quantum Physics, and the Bomb (Bellevue Literary Press), p. 295.

182

Wheeler and Ford 1998, p. 32.

183

Jeremy Bernstein 2001, Hitler’s Uranium Club: The Secret Recordings at Farm Hall, 2nd ed. (Copernicus), pp. 35–36. Коллеги Гейзенберга о его трудностях с числами хорошо знали. (Уточним: Пайерлс работал с Гейзенбергом в 1920-х, а не в рамках немецкой программы по созданию бомбы; во время войны и после нее Пайерлс жил в Великобритании.)

184

Хотя некоторые участники немецкой программы, по-видимому, все же понимали, что целесообразно было бы использовать очищенный графит, неясно, насколько широко эта информация была распространена; те, кто ею обладал, все же отказались от очистки графита из-за ее высокой стоимости. См. ibid., pp. 25–26.

185

Cassidy 2009, p. 322.

186

Bernstein 2001, p. 40. Справедливости ради надо сказать, что Оппенгеймер (научный руководитель Манхэттенского проекта) тоже никогда не был физиком-экспериментатором. Зато под его началом их было много, и он никогда не отличался свойственным Гейзенбергу легкомысленным отношением к экспериментальной работе. Он уважал экспериментальную физику и знал о своих недостатках, чего, по-видимому, нельзя было сказать о Гейзенберге.

187

Cassidy 2009, p. 305.

188

Rhodes 1986, p. 386.

189

Bernstein 2001, p. 43.

190

Cassidy 2009, p. 372.

191

Bernstein 2001, p. 78.

192

Ibid., p. 78n7.

193

Ibid., pp. 116–117.

194

Ibid., p. 116.

195

Мать Бора была еврейкой; этого оказалось вполне достаточно, чтобы нацисты внесли его в списки тех, кто подлежал уничтожению.

196

Rhodes 1986, p. 500.

197

Все цифры в этом разделе приведены с учетом инфляции к долларам 2016 года с использованием калькулятора инфляции CPI. Исходная цифра: $1,9 миллиарда.

198

David Kaiser 2014, «History: Shut Up and Calculate!» Nature 505 (January 9): 153–155, doi:10.1038/505153a.

199

Paul Forman 1987, «Behind Quantum Electronics: National Security as Basis for Physical Research in the United States, 1940–1960», Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 18 (1): 149–229. Исходная цифра: $1 миллион.

200

Ibid. Исходная цифра: $44 миллиона.

201

Kaiser 2014.

202

David Kaiser 2002, «Cold War Requisitions, Scientific Manpower, and the Production of American Physicists After World War II», Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 33 (1): 138–139.

203

Та же тенденция наблюдалась и в других академических областях, но не столь ярко, как в физике. С 1945 по 1951 год в США количество докторов (PhD) росло во всех областях науки, но в физике годовой прирост этого числа вдвое превышал средний уровень – больше, чем в какой-либо другой области. С этой картиной контрастирует ситуация, характерная для предвоенного полустолетия: рост числа присвоений докторских степеней по физике составлял 87 процентов от среднего прироста во всех областях науки в Соединенных Штатах. См. Kaiser 2002.

204

Lang 1953, p. 217; Kaiser, частное сообщение.

205

Henry D. Smyth 1951, «The Stockpiling and Rationing of Scientific Manpower», Physics Today 4 (2): 18, doi:10.1063/1.3067145.

206

Lang 1953, p. 216.

207

Ibid.

208

Ibid., pp. 216–217.

209

Ibid., p. 239.

210

Ibid., p. 221.

211

David Kaiser 2007, «Turning Physicists into Quantum Mechanics», Physics World (May): 28–33. Большая часть данного параграфа основана на этой замечательной статье.

212

David Kaiser 2004, «The Postwar Suburbanization of American Physics», American Quarterly 56 (4): 851–888.

213

Kaiser 2007.

214

Ibid.

215

Издана на русском языке. Юнг. Р. Ярче тысячи звезд. М.: Атомиздат, 1960. – Прим. ред.

216

Издана на русском языке. Ирвинг Д. Вирусный флигель. М.: Атомиздат, 1969. – Прим. ред.

217

Эта встреча впоследствии послужила сюжетом для замечательной пьесы Майкла Фрейна «Копенгаген».

218

M. Norton Wise 1994, «Pascual Jordan: Quantum Mechanics, Psychology, National Socialism», in Science, Technology, and National Socialism, edited by Monika Renneberg and Mark Walker (Cambridge University Press), pp. 251–252. Гейзенберг и Паули удовлетворили просьбу Иордана, что позволило ему после войны сделать новую карьеру: он стал крайне правым западногерманским политиком, выступавшим за размещение ядерного оружия вдоль границы с Восточной Германией.

219

Henry Margenau 1950, The Nature of Physical Reality: A Philosophy of Modern Physics (Mc-Graw-Hill), p. 422.

220

Henry Margenau 1954, «Advantages and Disadvantages of Various Interpretations of the Quantum Theory», Physics Today 7 (10): 9, doi:10.1063/1.3061432.

221

Эту историю Дрезден, по-видимому, рассказал в мае 1989 года на заседании Американского физического общества (APS). Однако официальной записи выступления Дрездена на этом заседании не сохранилось. История появляется в книге F. David Peat 1997, Infinite Potential: The Life и Times of David Bom (Addison Wesley Longman), p. 133. Но Пит не записывал комментариев Дрездена на заседании APS, и, хотя он заявляет, что Дрезден позже повторил этот рассказ в письме к нему, предъявить это письмо не смог. Несколько отличающийся рассказ о той же истории появляется в Cushing 1994, pp. 156–157; хотя Кушинг не называет имени Дрездена, этот рассказ явно перекликается с историей, рассказанной Питом. На заседании APS в 1989 году Кушинг входил в одну экспертную группу с Дрезденом. Даже если допустить, что Пит и Кушинг точно воспроизводят сказанное Дрезденом в 1989 году, получается, что мы полагаемся на воспоминания одного-единственного лица о событиях почти сорокалетней давности. Эту историю следует в лучшем случае принимать с изрядной долей скептицизма.

222

Вот далеко не полный список ошибок, допущенных Питом (1997):

– он сообщает о затаенных сомнениях Бома по поводу копенгагенской интерпретации в его первые годы в Беркли; Бом открыто отрицает это в своем интервью Уилкинсу, утверждая, что до его приезда в Принстон таких сомнений у него не было;

– он говорит, что Фейнман был одним из докторантов Оппенгеймера, как и Бом. Фейнман в Беркли никогда не учился;

– он говорит, что Фриц Цвикки, по слухам, изъяснялся с акцентом на всех языках, даже на своем родном русском. Цвикки родом из Швейцарии, а острота насчет акцента первоначально относилась к Джорджу Гамову;

– по его словам, Эйнштейн в письме к Максу Борну назвал теорию Бома «детским стишком». Эйнштейн такого не говорил; «детским стишком» он называл собственную статью;

– он несколько раз повторяет, что Бома допрашивали в HUAC в 1950 году – на самом деле в 1949-м.

Более того, Пит не записал ни одного интервью, которые он брал у друзей и коллег Бома для своей книги; он просто разговаривал с ними, а потом, иногда через несколько дней, записывал то, что запомнил из их слов, представляя эти записи как прямую речь (Пит, частное сообщение).

223

Peat 1997, p. 81.

224

Дэвид Бом, интервью Морису Уилкинсу от 7 июля 1986 года, любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора в Американском институте физики, College Park, MD, USA, http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/32977-3, просм. 28 августа 2016 г., ч. 3.

225

Там же.

226

Kai Bird and Martin J. Sherwin 2005, American Prometheus: The Triumph and Tragedy of J. Robert Oppenheimer (Vintage), p. 273.

227

Ibid., p. 169.

228

Бом 1986, интервью, ч. 3.

229

Интервью Бома Шервину от 15 июня 1979 года, Нью-Йорк. Atomic Heritage Foundation, «Voices of the Manhattan Project», http://manhattanprojectvoices.org/oral-histories/david-bohms-interview, просм. 28 августа 2016 г.

230

Ibid.

231

Bird and Sherwin 2005, p. 193.

232

Ibid.

233

Wheeler and Ford 1998, p. 216.

234

Russell Olwell 1999, «Physical Isolation and Marginalization in Physics: David Bohm’s Cold War Exile», Isis 90 (4): 738–756.

235

См. главу 4.

236

Бом 1986, интервью, ч. 3.

237

Chris Talbot, ed., 2017, David Bohm: Causality and Chance, Letters to Three Women (Springer), p. 4.

238

Hearings Before the Committee on Un-American Activities, House of Representatives 1949, Eighty-First Congress, First Session (March 31 and April 1) (Показания Дэвида Бома), p. 321.

239

Бом 1986, интервью.

240

Ibid., ч. 4.

241

Ibid.

242

Ibid., ч. 3. Отметим, что имя Паули написано как «Pavvy». В ч. 4 Бом частично повторяет эту историю, и на этот раз транскрипция имени Паули правильна. Из этого, а также из контекста ч. 3 ясно, что на самом деле Бом говорит именно о Паули.

243

Ibid., ч. 4.

244

Ibid.

245

Ibid., с. 125. См. также Talbot 2017, с. 224.

246

В теории Бома измерения действительно влияют на измеряемые системы, но это влияние вполне определенное, и для любой данной системы его легко описать. Более подробно об этом см. в главе 7.

247

Richard Feynman, Robert B. Leighton, and Matthew L. Sands 1963, The Feynman Lectures on Physics, vol. 1 (Basic Books), ch. 37, section 37-1. (Русский перевод: Р. Фейнман, Р. Б. Лейтон и M. Л. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике, т. 3, гл. 37.)

248

Именно против такого описания поведения фотонов Эйнштейн возражал на Сольвеевском конгрессе в 1927 году (см. главу 3): утверждение, что фотон является волной, до того, как он попадает на экран, неизбежно ведет к нелокальности. Но если фотон не является физической волной до того, как он попадет в экран, то чем же он является? Бор и другие тоже утверждали, что фотон не является физической волной до попадания в экран, но о том, чем именно он является, они выражались исключительно туманно.

249

Источник цитаты см. в Beller 1999b, с. 163. Также см. Niels Bohr 2013, Collected Works, vol. 7, Foundations of Quantum Physics II (1933–1958), edited by J. Kalckar (Elsevier), p. 311.

250

Beller 1999a, p. 263.

251

Mermin 2004a, pp. 10–11.

252

Wheeler and Zurek 1983, p. 392.

253

Ibid., р. 391.

254

Лат. «так было написано». – Прим. ред.

255

См. историю открытия атомов и броуновского движения в главе 2.

256

Письмо Дэвида Бома Артуру Уайтмену, недатированное, ок. 1952 года, в период посещения Уайтменом Института Нильса Бора. Любезно предоставлено архивом Нильса Бора в Копенгагене. Выделено в оригинале.

257

Wheeler and Zurek 1983, р. 391.

258

Цит. по Bricmont 2016, р. 274.

259

Talbot 2017, р. 439.

260

Бом 1986, интервью, ч. 5.

261

Freire 2015, The Quantum Dissidents: Rebuilding the Foundations of Quantum Mechanics (Springer-Verlag), p. 33.

262

Talbot 2017, p. 224.

263

Письмо Вольфганга Паули Дэвиду Бому, ок. 1951, Архив Паули, ЦЕРН, https://cds.cern.ch/record/80946.

264

Cushing 1994, p. 149.

265

Talbot 2017, p. 147. К сожалению, оригинал письма Уайтмена Бому, в котором описаны впечатления Бора, утерян. О том, что писал в нем Уайтмен, мы можем судить только по относящимся к тому же времени письмам Бома его друзьям. См. письмо Бома Уайтмену в ответ на утерянное письмо Уайтмена Бому (архив Нильса Бора в Копенгагене): Бом благодарит Уайтмена за его сообщение о впечатлении, произведенном на Нильса Бора идеями Бома.

В отношении реакции Бора на интерпретацию на основе волны-пилота существует еще одна легенда, исходящая от философа науки Пауля Фейерабенда. По его словам, когда в 1952 году он находился с визитом в Институте Бора в Копенгагене, реакция Бора на работу Бома была совершенно иной. «Казалось, весь мир для него перевернулся… конечно, Бор не проигнорировал ее; он был не то чтобы потрясен – он был изумлен». Когда Фейерабенд спросил Бора, что его так изумило, Бор принялся было объяснять, но тут его куда-то позвали по другим делам, а в это время набежали его ученики и стали громить идеи Бома, апеллируя к всесильному доказательству фон Неймана (Peat 1997, p. 129). Но это еще одна история, рассказанная по прошествии почти сорока лет; неясно, имела ли она место вообще, тем более вышеописанным образом, особенно если учесть, что она противоречит имеющимся современным свидетельствам реакции Бора на идеи Бома (то есть письму Бома Уайтмену).

266

Talbot 2017, p. 247.

267

Ibid., p. 147.

268

Freire 2015, p. 32.

269

David Bohm 1957, Causality and Chance in Modern Physics, Harper Torchbooks ed. (Harper and Row), p. xi.

270

Марксизм, вероятно, точнее представлять как целое созвездие связанных между собой идеологических концепций; трудно говорить о «марксизме» как о монолитном учении.

271

Freire 2015, p. 36.

272

Talbot 2017, p. 230.

273

Ibid., p. 178.

274

Freire 2015, p. 36.

275

Ibid., pp. 37–38.

276

Цит. по ibid., p. 39. Оригинал по-французски; перевод на английский мой и Алекса Зани. Розенфельд опустил это предложение в английском переводе своего обзора после того, как несколько его коллег заметили ему, что он чересчур суров к Бому.

277

Freire 2015, p. 38.

278

Heisenberg 1958, pp. 131–132.

279

Письмо Борна Эйнштейну от 26 ноября 1953 г., Born 2005, p. 203.

280

Freire 2015, pp. 39–40.

281

Интервью Швебера автору, 7 сентября 2016 г.

282

Talbot 2017, p. 311.

283

Ibid., p. 121.

284

Freire 2015, p. 48.

285

Talbot 2017, p. 247.

286

Born 2005, Эйнштейн – Борну, 12 мая 1952 г.

287

Einstein 1953, «Elementary Considerations on the Interpretation of the Foundations of Quantum Mechanics», пер. Dileep Karanth, http://arxiv.org/abs/1107.3701.

288

Эйнштейн – Борну, апрель 1948 г., в Born 2005. Конечно, именно таким фактом является теорема Белла – но ей только предстояло появиться примерно через пятнадцать лет, а к этому времени Эйнштейна уже не было в живых. См. подробнее об этом в главе 7.

289

Born 2005, p. 199.

290

Якир Ааронов, интервью автору, Вена, 24 октября 2015 г.

291

Freire 2015, p. 54.

292

Ibid., p. 56. Выделено в оригинале.

293

Отто Штерн, интервью Томасу Куну, 29 и 30 мая 1962 г., Беркли, CA, США, любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США, https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4904.

294

Isaacson 2007, p. 515.

295

Peter Byrne 2010, The Many Worlds of Hugh Everett III: Multiple Universes, Mutual Assured Destruction, and the Meltdown of a Nuclear Family (Oxford University Press), p. 26.

296

Ibid., p. 30.

297

Ibid., p. 32.

298

Ibid., p. 38.

299

Ibid., p. 57.

300

Charles W. Misner 2015, «A One-World Formulation of Quantum Mechanics», Physica Scripta 90 (088014) 6pp., p. 1.

301

Byrne 2010, p. 57.

302

Ibid., pp. 57–58.

303

Ibid., p. 56.

304

Freire 2015, p. 87n46.

305

См. больше об этом в главе 11.

306

Byrne 2010, p. 132.

307

Ibid., p. 89.

308

Ibid., p. 89.

309

Магнитофонная запись «коктейльной вечеринки» Эверетта и Мизнера, 1977 г. См. Jeffrey Alan Barrett and Peter Byrne, eds., 2012, The Everett Interpretation of Quantum Mechanics: Collected Works 1955–1980 with Commentary (Princeton University Press), p. 300.

310

Ibid., pp. 302–307.

311

Ibid.

312

Письмо Эверетта Джаммеру от 19 сентября 1973 г., см. Barrett and Byrne 2012, p. 296.

313

Barrett and Byrne 2012, p. 75.

314

Письмо Эверетта Девитту от 31 мая 1957 г., см. Barrett and Byrne 2012, p. 255. Выделено в оригинале.

315

Письмо Эверетта Петерсену от 31 мая 1957 г., см. Barrett and Byrne 2012, p. 239.

316

Byrne 2010, p. 91.

317

A. Wheeler 1985, «Physics in Copenhagen in 1934 and 1935», в: Niels Bohr: A Centenary Volume, edited by A. P. French and P. J. Kennedy (Harvard University Press, 1985), pp. 221–226.

318

Byrne 2010, p. 161.

319

Письмо Уилера Бору от 24 апреля 1956 г. Hugh Everett III Papers, UC Irvine, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1195.

320

Письмо Уилера Эверетту от 22 мая 1956 г. (письмо 1), Hugh Everett III Papers, UC Irvine, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1143.

321

Ibid. Выделено в оригинале.

322

Письмо Александра Штерна Джону Уилеру от 20 мая 1956 г., Everett Papers, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1160. Выделено прописными буквами в оригинале.

323

Второе письмо Уилера Эверетту от 22 мая 1956 г. Box 4, Folder 3, Correspondence from Wheeler to Everett and Others, Oct 1955–Dec 1957, Hugh Everett addition to papers, 1935–1991, American Institute of Physics, Niels Bohr Library & Archives, College Park, MD, USA, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/14608.

324

Письмо Джона Уилера Александру Штерну от 25 мая 1956 г. Everett Papers, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1123. Выделено в оригинале.

325

Петерсен – Эверетту, 28 мая 1956 г. Everett Papers, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1188.

326

Письмо Эверетта Петерсену, июнь 1956 г. (черновик, недатировано?), Everett Papers, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1191.

327

Петерсен – Эверетту, 28 мая 1956 г. Everett Papers, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1188.

328

Wheeler and Ford 1998, p. 268.

329

Брайс Девитт и Сесиль Девитт-Моретт, интервью Кеннету Форду, 28 февраля 1995 г., Остин, Техас, США, предоставлено Библиотекой и Архивом Нильса Бора, Американский физический институт, Колледж Парк, MD, США, http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/23199, просм. 26 октября 2016 г.

330

Freire 2015, p. 111.

331

Ibid.

332

John A. Wheeler 1957, «Assessment of Everett’s ‘Relative State’ Formulation of Quantum Theory», in Barrett and Byrne 2012, p. 201.

333

Freire 2015, p. 114.

334

Письмо Петерсена Эверетту от 24 апреля 1957 г. в Barrett and Byrne 2012, p. 237.

335

Письмо Эверетта Петерсену от 31 мая 1957 г. ibid., p. 240.

336

Byrne 2010, p. 182.

337

Винер – Уилеру, 9 апреля 1957 г., в Barrett and Byrne 2012, p. 232.

338

Margenau 1958.

339

Маргенау – Уилеру и Эверетту, 8 апреля 1957 г., Everett Papers, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1179.

340

Девитт – Уилеру, 7 мая 1957 г., в Barrett and Byrne 2012, p. 246. Выделено в оригинале.

341

Эверетт – Девитту, 31 мая 1957 г., ibid., p. 254. Выделено в оригинале.

342

Девитт и Девитт-Моретт, 1995, интервью.

343

Магнитофонная запись коктейль-вечеринки, Barrett and Byrne 2012, p. 307.

344

Byrne 2010, p. 221.

345

Ibid., p. 221.

346

Ibid., p. 168.

347

Freire 2015, pp. 114–115.

348

Bricmont 2016, p. 8.

349

Beller 1999b, p. 183.

350

Byrne 2010, p. 221. Выделено в оригинале.

351

Byrne 2010, p. 251.

352

Xavier conference transcript, p. 95, http://ucispace.lib.uci.edu/handle/10575/1299. См. также Byrne 2010, p. 255.

353

Bernstein 1991, p. 67.

354

Ibid., p. 68.

355

Ibid., p. 12.

356

Бесплатные средние школы широко распространились в Великобритании лишь спустя несколько лет (ibid., p. 13).

357

Ibid., p. 14.

358

Ibid., p. 50.

359

Mann and Crease 1988, p. 86.

360

Bell 2004, p. 215.

361

Bernstein 1991, p. 51.

362

Ibid., p. 52.

363

Ibid., pp. 52–53.

364

Ibid., p. 64.

365

Ibid., p. 53.

366

Ibid., p. 66.

367

Ibid., p. 65.

368

Ibid., p. 67.

369

Mann and Crease 1988, p. 85.

370

Ibid., p. 88. Выделено в оригинале.

371

На самом деле в доказательстве Глизона скрытые переменные не упоминались. Глизон был математиком, а не физиком; его доказательство касалось некоторых особенностей гильбертова пространства, математической структуры, на которой строится квантовая физика. Однако Яух и его коллега Пирон обратили внимание Белла на то, что из доказательства Глизона с неизбежностью следует исключение скрытых переменных и что этот вывод выглядит гораздо сильнее, чем доказательство фон Неймана или их собственное доказательство.

372

В действительности Белл нашел два таких предположения: одно из них использовали фон Нейман и Яух, другое – Глизон. Анализ предположения Глизона и привел Белла к идее контекстуальности. Допущение фон Неймана связано с предположением Глизона, но является более частным, поэтому от него легче отказаться. Именно предположение фон Неймана Грета Херманн в 1930-х справедливо считала необоснованным, а сам Белл позже назвал его «глупым».

373

Настоящее колесо рулетки технически сконструировано иначе (хотя колесо на рис. 7.2 сконструировано именно так). У настоящего колеса десять красных нечетных номеров и восемь красных четных, а для черных номеров все наоборот – таким образом, цвета распределяются среди четных и нечетных номеров не вполне поровну. Еще на настоящей рулетке одно или два поля ни черные, ни красные – поля с номерами 0 и 00, благодаря которым казино в долгосрочной перспективе всегда выигрывает. Но мы будем считать, что Фло находится в каком-то лучшем мире, где цвета распределены между четными и нечетными номерами поровну, как на колесе, изображенном на рис. 7.2, где у игроков в принципе есть шанс выиграть у банка.

374

Jammer 1974, p. 164.

375

Mermin 1993, p. 811n23. Это выражение принадлежит Абнеру Шимони.

376

Bell 2004, p. 2.

377

Положение действительно играет особую роль в интерпретации на основе волны-пилота. Хотя частицы всегда обладают положениями, у них есть и другие свойства, не всегда хорошо определенные вне контекста измерительного устройства. Однако, с точки зрения Бома, все измерения квантовых параметров в конечном счете сводятся к измерениям положения и поэтому трудности не представляют, ведь что такое положение, всегда хорошо известно. Все это касается так называемой проблемы предпочтительного базиса, описание которой выходит за пределы нашей книги, но которая имеет прямое отношение к декогерентности, главной теме глав 9 и 10.

378

Bell 2004, p. 167.

379

Bernstein 1991, p. 72.

380

Белл послал статью с опровержением доказательства фон Неймана в Reviews of Modern Physics, широко распространенный физический журнал. Перед публикацией его попросили внести в текст небольшие изменения; он выполнил просьбу и отправил в редакцию откорректированный вариант. Но при доставке его по ошибке положили не в ту папку и в результате потеряли. Эдвард Кондон, главный редактор Reviews of Modern Physics, которому не терпелось напечатать замечательную статью Белла, написал ему, спрашивая, что случилось. Однако Кондон написал на адрес SLAC, а Белл к тому времени уже вернулся в ЦЕРН, и письмо Кондона вернулось к отправителю с пометкой «адресат выбыл». В конце концов Белл сам написал Кондону, спрашивая, когда будет напечатана его статья. Кондон наконец сообразил, что произошло, и попросил Белла еще раз выслать ему исправленную статью, чтобы он мог немедленно отдать ее в печать – спустя два года после того, как она была представлена. В результате этой задержки к тому времени, когда статья наконец вышла в свет, Белл уже получил ответ на свой вопрос. Поэтому опубликованный вариант содержит не только сам вопрос, но и ссылку на более позднюю (и гораздо более известную) работу Белла, в которой на него дан ответ. См. Jammer 1974, p. 303.

381

Bernstein 1991, p. 72.

382

В действительности в опыте Бома участвовали электроны с запутанным спином, но идея опыта оставалась почти идентичной ЭПР. С фотонами в экспериментальном отношении легче обращаться, чем с электронами, а поляризацию легче анализировать, чем спин.

383

Bernstein 1991, p. 73.

384

H. P. Stapp 1975, «Bell’s theorem and world process», Nuovo Cim B 29 (2): 271, https://doi.org/10.1007/BF02728310.

385

Переведено и процитировано в Howard 1985, pp. 187–188.

386

Представление теоремы Белла в следующем разделе в основном восходит к классической статье Мермина (1985). Чем-то похожая интерпретация этой теоремы представлена в книге W. David Wick 1995, The Infamous Boundary (Copernicus), только в последнем случае вместо колес рулетки используются слот-машины (игровые автоматы). Автор этой книги узнал о версии Вика только после того, как составил и записал свою собственную.

387

Приносим извинения Брэду Нили. см. https://en.wikipedia.org/wiki/Wizard_People,_Dear_Reader.

388

Именно так обстоят дела в соответствии с законами штата Калифорния. Не знаю почему, но в казино «золотого штата» действительно играют только на рулетке, изображенной на рис. 7.3. Правда, тройное колесо (рис. 7.3 Б) – нововведение Ронни.

389

В соответствии с экспериментом ЭПР.

390

Например, общеизвестный учебник David J. Griffiths 2005, Introduction to Quantum Mechanics, 2nd ed. (Pearson Education) утверждает это на с. 423–426; в книге Ernest S. Abers 2004, Quantum Mechanics (Pearson) то же самое говорится на с. 192–195. См. также с. 244 в Freire 2015 и десятки более старых работ. Как пишет Тревис Норзен (Travis Norsen 2007, «Against ‘Realism’, «Foundations of Physics 37 (3): 311–340, doi:10.1007/s10701-007-9104-1), примерно до 1980 года «[теорема Белла] обычно характеризовалась как ограничение на локальные детерминистические теории или локальные теории со скрытыми переменными».

391

Bell 2004, p. 143; выделено в оригинале. В действительности Белл здесь говорит о детерминизме, который в этом контексте является эквивалентным (и равным образом не имеющим отношения к делу) предположением. Подробнее о том, почему именно детерминизм не имеет отношения к анализу этой ситуации, см. Tim Maudlin 2002, Quantum Non-locality and Relativity, 2nd ed. (Blackwell), pp. 15–16.

392

Bell 2004, p. 157n10. Выделено в оригинале.

393

О многочисленных примерах этого утверждения см. Norsen 2007.

394

См., например, Michael A. Nielsen and Isaac L. Chuang 2000, Quantum Computation and Quantum Information (Cambridge University Press), p. 117.

395

John Bell, Antoine Suarez, Herwig Schopper, J. M. Belloc, G. Cantale, John Layter, P. Veija, and P. Ypes 1990, «Indeterminism and Non Locality» (доклад в Центре квантовой философии в Женеве 22 января), http://cds.cern.ch/record/1049544?ln=en; transcript: http://www.quantumphil.org./Bell-indeterminism-and-nonlocality.pdf.

396

Bernstein 1991, p. 74.

397

Wick 1995, p. 289.

398

Bernstein 1991, p. 74.

399

Андерсон – Вику, 15 сентября 1993 г., частное собрание.

400

Whitaker 2016, p. 210; Андерсон – Вику, 15 сентября 1993 г.

401

Нильс Бор, интервью Томасу Куну, Оге Петерсену и Эрику Рудингеру, 17 ноября 1962 г., Копенгаген, Дания, предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США, http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/4517-5, просм. 27 января 2017 г.

402

Ibid.

403

Ibid.

404

Ibid.

405

Ibid.

406

Был ли сам Бор позитивистом, составляло и составляет предмет многочисленных споров. Кушинг и многие другие доказывают, что был; Ховард и многие другие – что не был. Но исторически детали воззрений Бора гораздо менее значительны, чем то, что его взгляды отличались неясностью – едва ли кто-нибудь станет это оспаривать, – что позитивистская аргументация повсеместно использовалась для защиты копенгагенской интерпретации и что такая защита часто представлялась как взгляды самого Бора.

407

Stanford Daily 1928, «Dr. Moritz Schlick to Be Visiting Professor Next Summer Quarter», July 31, p. 1, http://stanforddailyarchive.com/cgi-bin/stanford?a=d&d=stanford_19280731-01.2.6.

408

Hans Hahn, Rudolf Carnap, and Otto Neurath 1973, «The Scientific Conception of the World: The Vienna Circle», in Otto Neurath 1973, Empiricism and Sociology (Reidel), p. 299.

409

См. подробнее об авторстве этого манифеста: Ayer 1982, Philosophy in the Twentieth Century (Vintage), p. 127.

410

Hahn, Carnap, and Neurath 1973, p. 301. Выделено в оригинале.

411

http://filosof.historic.ru/books/item/f00/s00/z0000566/index.shtml, Wissenschaftliche Weltauffassung – Der Wiener Kreis, Wien 1929. Перевод с нем. Я. В. Шрамко, 2003 г.

412

Peter Godfrey-Smith 2003, Theory and Reality: An Introduction to the Philosophy of Science (University of Chicago Press), p. 23. (Гегель Г. В. Ф. Лекции по философии истории / Пер. А. М. Водена. СПб.: Наука, 1993, 2000.С. 57–480.)

413

Ibid., p. 306.

414

Ibid., p. 309.

415

Ibid., p. 316.

416

Ibid., p. 309. Выделено в оригинале.

417

Ibid., p. 316. Выделено в оригинале.

418

Ibid., pp. 317–318.

419

См. Peter Galison 1990, «Aufbau/Bauhaus: Logical Positivism and Architectural Modernism», Critical Inquiry 16:709–752.

420

Hahn, Carnap, and Neurath 1973, pp. 304–305.

421

Ibid., p. 317.

422

Ibid., p. 305.

423

Ayer 1982, p. 123.

424

Pauli 1921, Theory of Relativity, trans. G. Field (Dover), p. 4.

425

Ibid., p. 206.

426

Born 2005, p. 218.

427

См. Cushing 1994, pp. 110–111, 114.

428

В вопросе о том, был ли Эйнштейн приверженцем идей Маха в молодости, впоследствии изменив свою позицию, или он никогда не следовал его философии, есть расхождения, причем в защиту каждой из этих точек зрения написано множество (увлекательнейших!) работ. Однако почти все сходятся в том, что к 1920-м годам Эйнштейн определенно уже не принадлежал к лагерю Маха.

429

Isaacson 2007, p. 334.

430

Cushing 1994, pp. 110–111.

431

Kumar 2008, p. 262. Выделено в оригинале.

432

Einstein 1949b, p. 667.

433

Ibid.

434

Cushing 1994, pp. 110, 114.

435

Bridgman 1927, The Logic of Modern Physics (Macmillan), p. 1.

436

Ibid., pp. 2–4.

437

Ibid., p. 5. Выделено в оригинале.

438

Jan Faye 2007, «Niels Bohr and the Vienna Circle», препринт, http://philsci-archive.pitt.edu/3737/, просм. 23 декабря 2016 г.

439

Ibid.

440

Оригинальное немецкое название было: «Quantentheorie und Erkennbarkeit der Natural», Перевод термина Erkennbarkeit как «познаваемость» (knowability) предложен в William H. Werkmeister 1936, «The Second International Congress for the Unity of Science», Philosophical Review 45 (6): 593–600.

441

Ibid. Выделено в оригинале.

442

Abraham Pais 1991, Niels Bohr’s Times in Physics, Philosophy, and Polity (Oxford University Press), p. 443.

443

Faye 2007.

444

Ibid.

445

Schiff 1955, Quantum Mechanics, 2nd ed. (McGraw-Hill), p. 6.

446

Heisenberg 1958, p. 48.

447

Ibid.

448

По меньшей мере один выдающийся позитивист, Ганс Райхенбах, осознавал, что верификационная теория смысла не является прямым аргументом в пользу копенгагенской интерпретации. «Было бы неверно говорить, что утверждения о значении некоторой величины до ее измерения бессмысленны, потому что они неверифицируемы. Утверждения о значении этой величины после измерения тоже нельзя проверить. Если в интерпретации Бора – Гейзенберга первый тип высказывания запрещен [sic], а второй принимается, это правило надо рассматривать как в логическом смысле произвольное, и оно может быть оправдано только с позиции целесообразности» (Reichenbach 1944, Philosophic Foundations of Quantum Mechanics [Dover], p. 142). Райхенбах отвергал копенгагенскую интерпретацию как противоречивую, так как она выдвигает в качестве физического закона принятый для этого случая принцип определения того, какие утверждения являются бессмысленными. Взамен он предлагал интерпретацию, основанную на трехзначной логике, но позже было установлено, что в ней есть свои трудности, связанные с существованием границы между микроскопическим и макроскопическим.

449

Friedrich Stadler 2001, «Documentation: The Murder of Moritz Schlick», в The Vienna Circle: Studies in the Origins, Development, and Influence of Logical Empiricism, edited by Friedrich Stadler (Springer), p. 906.

450

См. об этом подробнее в George Reisch 2005, How the Cold War Transformed Philosophy of Science: To the Icy Slopes of Logic (Cambridge).

451

Willard Van Orman Quine 1976, The Ways of Paradox (Harvard University Press), p. 42.

452

Willard Van Orman Quine 2008, Quine in Dialogue, edited by Dagfinn Føllesdal and Douglas B. Quine (Harvard University Press), p. 25.

453

Другой «догмой эмпиризма», на которую обрушился Куайн, было различие аналитического и синтетического, но в своей работе Куайн доказывал, что эти две догмы на деле – две стороны одной монеты, и выдвигал веские аргументы против обеих. Статью Куайна обычно вспоминают именно из-за содержащейся в ней критики различия аналитического и синтетического, но для нашего рассказа гораздо большее значение имеют ее аргументы против верификационной теории смысла.

454

Willard Van Orman Quine 1953, From a Logical Point of View, Harper Torchbooks ed. (Harper and Row), p. 41.

455

Бесспорно, работа Куайна заметно повлияла на философское сообщество. Но в степени ее воздействия есть и нечто странное – Куайн вовсе не был первым, кто указал, что верифицировать индивидуальные суждения невозможно и что (как уже говорилось) различие между аналитическим и синтетическим проблематично. Оба эти вопроса уже поднимались ранее несколькими ведущими позитивистами, в том числе и самим Карнапом: см. подробнее об этом в Godfrey-Smith 2003, pp. 32–33. Почему же тогда статья Куайна оказала такое воздействие? В литературе предлагалось много возможных объяснений этой загадки. По-видимому, до появления работы Куайна позитивисты все же не вполне осознавали значение этих двух проблем для своей программы, а в его ясном и живом изложении они предстали в четко сформулированном и запоминающемся виде, после чего закрывать на них глаза стало невозможно.

456

Thomas S. Kuhn 2000, The Road Since Structure, edited by James Conant and John Haugeland (University of Chicago Press), p. 279.

457

Skủli Sigurdsson 1990, «The Nature of Scientific Knowledge: An Interview with Thomas S. Kuhn», Harvard Science Review, Winter, pp. 18–25, http://www.edition-open-access.de/proceedings/8/3/index.html.

458

Kuhn 2000, pp. 291–292.

459

James A. Marcum 2015, Thomas Kuhn’s Revolutions (Bloomsbury), p. 13.

460

Thomas S. Kuhn 1996, The Structure of Scientific Revolutions, 3rd ed. (University of Chicago Press), p. 40. (Русский перевод: Т. Кун. Структура научных революций / Пер. И. З. Налетова. М.: Прогресс, 1977.)

461

Вместе с тем Кун не видел никакой особенной проблемы в связи с копенгагенской интерпретацией. Это неудивительно, если вспомнить, что «Структура…» была во многом вдохновлена работами Норвуда Хэнсона, активного антипозитивиста и «прокопенгагенца».

462

Зато эта идея была с увлечением подхвачена многими социологами и историками науки (и, конечно, сильно подогрела воображение общества). Сочувственно относятся к идеям Куна и некоторые философы – по преимуществу, следующие интеллектуальной традиции Гегеля. В широком смысле современная философия делится на два лагеря: те, кто придерживается традиции Гегеля, – они известны как «континентальные философы», и сторонники традиции Расселла, а также позитивисты – их называют «аналитическими философами». Не то чтобы все континентальные философы во всем были согласны с Гегелем, и уж никак нельзя сказать, что все аналитические философы разделяют позиции позитивистов, – эта глава как раз в основном и рассказывает о революции в лагере аналитических философов, в ходе которой они в большинстве своем позитивизм отвергли. Но аналитические и континентальные философы обычно остаются в рамках той проблематики, которая занимала их интеллектуальных родоначальников, и особенно в рамках стиля, которого они придерживаются в решении этих проблем. Аналитические философы в большей степени озабочены вопросами философии науки; континентальные обычно пишут о политике и личном опыте. У них есть и пересекающиеся интересы, например философия языка, этика и античная философия. Можно назвать аналитических философов, занимающихся вопросами политики, и континентальных философов науки. Наиболее отчетливая линия раздела между этими направлениями проходит в области методологии. Аналитические философы обычно отличаются ясным стилем изложения и логического анализа, а также здоровым подходом к науке. У континентальных философов аргументация часто основывается на самонаблюдении, политических соображениях и эстетике; они, как правило, гораздо более скептически оценивают обоснованность любых научных (а также математических или логических) результатов, чем их аналитические коллеги.

Итог продолжающегося влияния позитивизма на аналитических философов подвел А. Дж. Айер. В 1982 году, много позже окончательного отказа философского сообщества от логического позитивизма того сорта, который пропагандировался Венским кружком, Айер писал: «Мало каким из принципиальных тезисов Венского кружка удалось уцелеть… Но дух венского позитивизма, думаю, жив. Его способность заново приспосабливать философию к меняющейся науке, его логические методы, его настойчивое стремление к ясности, его отторжение того, что я описал бы как срыв философии в натужную невнятицу, – все это дало предмету новое направление, которое теперь уже вряд ли можно обратить вспять» (1982, pp. 140–141).

Так как континентальные философы в целом составляют явное меньшинство среди философов физики, а их вклад в научную дискуссию об интерпретации квантовой физики очень мал, в этой книге я почти не уделяю им внимания. Поэтому везде, где я говорю о «философах», надо мысленно добавлять к этому прилагательное «аналитические».

463

Кун, Фейерабенд и Хэнсон не были «реалистами», но Смарт, Патнэм, Поппер, Максвелл и многие другие члены философского сообщества, включая и некоторых бывших участников Венского кружка, таких как Герберт Фейгль, были убеждены аргументами в пользу этого течения. И сегодня огромное большинство философов физики являются «реалистами» того или иного толка.

464

Grover Maxwell 1962, «The Ontological Status of Theoretical Entities», Minnesota Studies in the Philosophy of Science 3:7.

465

Ibid., p. 11.

466

J. J. C. Smart 1963, Philosophy and Scientific Realism (Routledge and Kegan Paul), p. 39.

467

Ibid., p. 47.

468

Hilary Putnam 1979, Mathematics, Matter, and Method, 2nd ed. (Cambridge University Press), p. 73.

469

Smart 1963, p. 40.

470

Ibid., p. 47.

471

Hilary Putnam 1965, «A Philosopher Looks at Quantum Mechanics», in Putnam 1979, p. 132. Выделено в оригинале.

472

Ibid., p. 148.

473

Ibid., p. 149.

474

Smart 1963, p. 48.

475

Ibid., pp. 43–44.

476

Putnam 1979, p. 81.

477

Особенно досадно, что доказательство Белла пролежало в столе так долго, потому что Хэнсону вряд ли довелось его увидеть. Он погиб в авиакатастрофе в 1967 году, спустя год после того, как статья Белла вышла в свет. Хэнсон не был ни позитивистом, ни реалистом – его взгляды были близки к позиции Куна. Он был ярым защитником копенгагенской интерпретации, но его аргументы в основном базировались на убеждении в справедливости доказательства фон Неймана.

478

Putnam 1965, p. 157. Выделено в оригинале.

479

Ibid., pp. 157–158.

480

Smart 1963, p. 41.

481

Лето 1967 года, кульминация развития субкультуры хиппи в США. – Прим. перев.

482

Англ. cosmic microwave background. – Прим. ред.

483

Термин «реликтовое излучение» предложен И. С. Шкловским. – Прим. перев.

484

Джон Клаузер, интервью Джоан Бромберг от 20 мая 2002 г., Уолнат Крик, Калифорния, США, любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США, http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/25096, просм. 6 марта 2017 г.

485

Wick 1995, p. 116.

486

Интервью Клаузера от 20 мая 2002 г.

487

John F. Clauser 2002, “Early History of Bell’s Theorem», in Quantum [Un]speakables: From Bell to Quantum Information, edited by R. A. Bertlmann and A. Zeilinger (Springer, 2002), pp. 77–78.

488

Клаузер, интервью автору книги, Уолнат Крик, Калифорния, США, 12 августа 2015 г.

489

Через несколько лет Ву и ее студенты Кэздей и Уллмэн действительно попытались похожим образом повторить эксперимент Белла, но ничего не вышло – пришлось делать слишком много дополнительных допущений. См. Whitaker 2012, p. 179.

490

В странах Западной Европы, Америки, в Австралии – исследователь, который недавно получил степень кандидата наук/PhD или успешно защитил кандидатскую диссертацию и хочет продолжить академическую карьеру. – Прим. ред.

491

Клаузер, интервью, 2015 г.

492

Ibid.

493

Ibid.

494

Статья Белла 1964 г. была в действительности опубликована в 1965 г., несмотря на указанную дату публикации. См. Freire 2015, p. 237.

495

Письмо Джона Белла Джону Клаузеру от 5 марта 1969 г. любезно предоставлено Джоном Клаузером.

496

Clauser 2002, p. 80.

497

Г. Дитер Зех, интервью автору книги, Неккаргемюнд, Германия, 23 октября 2015 г.

498

Ibid.

499

Ibid.

500

Ibid.

501

Olival Freire Jr. 2009, «Quantum Dissidents: Research on the Foundations of Quantum Theory Circa 1970», Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40:282, doi:10.1016/j.shpsb.2009.09.002.

502

Зех, интервью 2015 г.

503

Freire 2009.

504

Ibid., p. 282.

505

Ibid., p. 281.

506

Kristian Camilleri 2009, «A History of Entanglement: Decoherence and the Interpretation Problem», Studies in History and Philosophy of Modern Physics 40:292n5.

507

E. P. Wigner 1963, «Problem of Measurement», American Journal of Physics 31 (1): 6–15.

508

Зех, интервью 2015 г.

509

Freire 2015, p. 157.

510

Ibid., p. 161.

511

Зех, интервью 2015 г.

512

Абнер Шимони, интервью Джоан Бромберг, 9 и 10 сентября 2002 г., Уэллсли, Массачусетс, США, предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США, http://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/25643, просм. 6 марта 2017 г.

513

Письмо Абнера Шимони Дэвиду Вику от 27 июня 1993 г., любезно предоставил У. Д. Вик.

514

Шимони, интервью 2002 г.

515

Письмо Шимони Вику, 1993 г.

516

Шимони, интервью 2002 г.

517

Письмо Шимони Вику, 1993 г.

518

Ibid.

519

Abner Shimony 1963, «Role of the Observer in Quantum Theory», American Journal of Physics 31:772, doi:10.1119/1.1969073.

520

Шимони, интервью 2002 г.

521

Письмо Шимони Вику, 1993 г.

522

Шимони, интервью 2002 г.

523

Ibid.

524

Ibid.

525

Письмо Шимони Вику, 1993 г.

526

Ibid.

527

John Clauser 1969, «Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories», Bulletin of the American Physical Society 14:578.

528

Клаузер, интервью 2015 г.

529

Письмо Абнера Шимони Юджину Вигнеру от 8 августа 1969 г. Любезно предоставлено Дэвидом Виком.

530

Клаузер, интервью 2002 г.

531

John F. Clauser, Michael A. Horne, Abner Shimony, and Richard A. Holt 1969, «Proposed Experiment to Test Local Hidden-Variable Theories», Physical Review Letters 23:880, doi:10.1103/PhysRevLett.23.880.

532

Письмо Шимони Вигнеру, 1969 г.

533

Клаузер, интервью 2002 г.

534

Клаузер, интервью 2015 г.

535

Клаузер, интервью 2002 г.

536

Kaiser 2011, p. 47.

537

Whitaker 2012, p. 174.

538

Stuart J. Freedman and John F. Clauser 1972, «Experimental Test of Local Hidden-Variable Theories», Physical Review Letters 28:9389–41, doi:10.1103/PhysRevLett.28.938.

539

Подробнее об идее организации летней школы в Варенне см. Freire 2015, Chapter 6.

540

Freire 2015, p. 197.

541

H. Dieter Zeh 2006, «Roots and Fruits of Decoherence», arXiv: quant-ph/0512078v2.

542

Зех, интервью 2015 г.

543

Freire 2009.

544

Зех, интервью 2015 г.

545

Зех, интервью 2015 г.

546

Zeh 2006.

547

Клаузер, интервью 2002 г.

548

Ibid.

549

Freire 2015, p. 271.

550

Kaiser 2011.

551

Kaiser 2002, pp. 150–152; Kaiser 2011, pp. 22–23.

552

Freire 2015.

553

Письмо Джона Белла Джону Клаузеру от 30 мая 1975 г.; письмо Джона Клаузера Джону Беллу от 1 июля 1975 г. Любезно предоставлено Джоном Клаузером.

554

Телекс от Джона Белла Джону Клаузеру от 30 июня 1975 г. Любезно предоставлено Джоном Клаузером.

555

Очевидным примером служит, конечно, Бом. Другой пример см. в материалах дискуссионной группы Ганса Фрайштадта по основам квантовых принципов в Нью Йорке в 1950-х, которые обсуждаются в Kaiser 2011, pp. 20–21.

556

Clauser 2002, p. 72.

557

Дэвид Альберт, интервью автору книги, Нью-Йорк, США, 4 февраля 2015 г.

558

Ibid.

559

Ibid.

560

Ibid.

561

Ibid.

562

См., например, Freire 2015 о короткой карьере в физике Клауса Тоска.

563

Samuel Goudsmit 1973, «Important Announcement Regarding Papers About Fundamental Theories», Physical Review D, 8:357.

564

Kaiser 2011, p. 122.

565

Freire 2015, p. 268.

566

Ibid., p. 269.

567

Ален Аспе, интервью автору книги, Палезо, Франция, 4 ноября 2015 г.

568

Клаузер, интервью 2015 г.

569

Аспе, интервью 2015 г.

570

Ibid.

571

Ibid.

572

Ibid.

573

Рейнгольд Бертлман, интервью автору книги, Вена, Австрия, 2 ноября 2015 г.

574

Ibid.

575

Bell 1981.

576

J. S. Bell 1980, «Bertlmann’s Socks and the Nature of Reality», CERN Preprint CERNTH-2926, https://cds.cern.ch/record/142461?ln=en.

577

Ibid., p. 139.

578

Ibid., p. 142.

579

Ibid., p. 143.

580

Ibid., pp. 151–152.

581

Ibid., p. 214.

582

Nicolas Gisin 2002, “Sundays in a Quantum Engineer’s Life», in Bertlmann and Zeilinger 2002, p. 199.

583

Николя Жизан, интервью автору книги, Вена, Австрия, 24 октября 2015 г.

584

Ibid.

585

Бертлман, интервью 2015 г.

586

Клаузер, интервью 2015 г.

587

Аспе, интервью 2015 г.

588

Freire 2015, p. 278.

589

Эта книга вышла в 1975 году, но в первом ее издании Белл не упоминался – это случилось только в послесловии ко второму изданию, опубликованному в 1983 г.

590

Объяснение теоремы Белла, данное в главе 7, тоже основано на статьях Мермина.

591

Фейнман – Мермину, 30 марта 1984 г., в: Richard P. Feynman 2005, Perfectly Reasonable Deviations from the Beaten Path, edited by Michelle Feynman (Basic Books), p. 367.

592

Richard P. Feynman 1982, «Simulating Physics with Computers», International Journal of Theoretical Physics 21 (6/7): 467–488.

593

Kaiser 2011, p. 232; Jennifer Ouellette 2005, «Quantum Key Distribution», Industrial Physicist, January/February, pp. 22–25, https://people.cs.vt.edu/~kafura/cs6204/Readings/QuantumX/QuantumKeyDistribution.pdf, просм. 14 июля 2017 г.

594

Interagency Working Group on Quantum Information Science of the Subcommittee on Physical Sciences 2016, Advancing Quantum Information Science: National Challenges and Opportunities, joint report of the Committee on Science and Committee on Homeland and National Security of the National Science and Technology Council, July, https://www.whitehouse.gov/sites/whitehouse.gov/files/images/Quantum_Info_Sci_Report_2016_07_22%20final.pdf, просм. 14 июля 2017 г.

595

http://www.nature.com/news/europe-plans-giant-billion-euro-quantum-technologies-project-1.19796, просм. 14 июля 2017 г.

596

http://www.nature.com/news/chinese-satellite-is-one-giant-step-for-the-quantum-internet-1.20329, просм. 14 июля 2017 г.

597

Интервью Бэзила Хайли Оливал Фрейре 11 января 2008 г. Биркбек-колледж, Лондон, Англия, любезно предоставлено Библиотекой и архивом Нильса Бора, Американский институт физики, Колледж Парк, MD, США, https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/33822, просм. 14 июля 2017 г.

598

Freire 2015, pp. 165, 319–320.

599

Schlosshauer 2011, Elegance and Enigma: The Quantum Interviews (Springer), pp. 35–36.

600

Camilleri 2009, p. 294.

601

Ibid., p. 295.

602

Ibid., p. 295.

603

Ibid., p. 294.

604

Schlosshauer 2011, p. 37.

605

Интервью Зеха автору книги, 2015 г.

606

Camilleri 2009, p. 296.

607

Интервью Зеха автору книги, 2015 г.

608

W. H. Zurek 1991, «Decoherence and the Transition from Quantum to Classical», Physics Today 44 (October): 36–44.

609

Zeh 2002, «Decoherence: Basic Concepts and Their Interpretation», https://arxiv.org/abs/quant-ph/9506020.

610

W. H. Zurek 1981, «Pointer Basis of Quantum Apparatus: Into What Mixture Does the Wave Packet Collapse?», Physical Review D 24 (6): 1517, http://dieumsnh.qfb.umich.mx/archivoshistoricosmq/ModernaHist/Zurek%20b.pdf.

611

Camilleri 2009, p. 298.

612

P. W. Anderson 2001, “Science: A ‘Dappled World’ or a ‘Seamless Web’?», Studies in History and Philosophy of Modern Physics 32:487–494.

613

Jeffrey Bub 1999, Interpreting the Quantum World, rev. ed. (Cambridge University Press), p. 6.

614

Freire 2015, p. 307.

615

Whitaker 2016, p. 41.

616

Wheeler and Zurek 1983, p. 188.

617

Charles W. Misner, Kip S. Thorne, and Wojciech H. Zurek 2009, «John Wheeler, Relativity, and Quantum Information», Physics Today, April 2009, pp. 40–46.

618

Bell 2004, p. 160.

619

William Feldmann and Roderich Tumulka 2012, «Parameter Diagrams of the GRW and CSL Theories of Wavefunction Collapse», Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 45 065304 (13pp.), doi:10.1088/1751-8113/45/6/065304; Angelo Bassi et al. 2013, «Models of Wave-Function Collapse, Underlying Theories, and Experimental Tests», Reviews of Modern Physics 85 (2), doi:10.1103/RevModPhys.85.471. Ограничение на частоту, с которой происходит коллапс, зависит также и от того, насколько точно он локализован в пространстве (то есть эти два параметра вырождены). Цифра «десятки тысяч лет» предполагает, что коллапс локализует волновые функции внутри интервала шириной около ста нанометров – это очень мало для объектов повседневного масштаба, но все еще в тысячу раз больше атома водорода.

620

Это не вполне точно – в модели спонтанного коллапса, которую я описываю (GRW), частиц как таковых нет. Поэтому технически количество участвующих в эксперименте «одноруких бандитов» определяется числом измерений пространства обобщенных координат, в котором задана волновая функция. Но это число измерений в свою очередь связано с количеством частиц, «населяющих» волновую функцию, так что выходит, что это описание также и не совсем неверно – просто я сглаживаю некоторые подробности. (У различных теорий спонтанного коллапса различные онтологии, хотя ни одна из них не считает частицы фундаментальным понятием.)

621

Bell 2004, p. 204.

622

G. C. Ghirardi, A. Rimini, and T. Weber 1986, «Unified Dynamics for Microscopic and Macroscopic Systems», Physical Review D 34:470.

623

Ibid., p. 209.

624

Philip Pearle 2009, «How Stands Collapse II», in Quantum Reality, Relativistic Causality, and Closing the Epistemic Circle, edited by W. C. Myrvold and J. Christian (Springer, 2009), p. 257.

625

Bell 2004, p. 170.

626

Ibid., p. 213.

627

John S. Bell 1990, «Indeterminism and Non Locality» (доклад, прочитанный в Женеве 22 января 1990 г.), https://cds.cern.ch/record/1049544?ln=en, просм. 21 июля 2017 г.; транскрипт: http://www.quantumphil.org/Bell-indeterminism-and-nonlocality.pdf.

628

Шимони, интервью, 2002 г.

629

Kurt Gottfried and N. David Mermin 1991, «John Bell and the Moral Aspect of Quantum Mechanics», Europhysics News 22 (4): 67–69.

630

Жизан, интервью, 2015 г.

631

Бертлман, интервью, 2015 г.

632

Whitaker 2016, p. 374.

633

Бертлман, интервью, 2015 г.

634

Bertlmann and Zeilinger 2002, p. 271.

635

Bell 2004, p. 216.

636

Ibid., p. 230.

637

Ibid., p. 194.

638

Bryce S. DeWitt 1970, «Quantum Mechanics and Reality», Physics Today 23 (9): 30–35, doi:10.1063/1.3022331.

639

Freire 2015, pp. 226–227.

640

DeWitt 1970.

641

Ibid.

642

Ibid.

643

Ibid.

644

Ibid.

645

Все эти цитаты взяты из статьи в Physics Today 1971 года с ответами Девитту и с его ответом на эти ответы. Leslie E. Ballentine et al. 1971, «Quantum-Mechanics Debate», Physics Today 24 (4), doi:10.1063/1.3022676.

646

См. Jammer 1974, p. 509.

647

DeWitt (the reply to replies) in Ballentine et al. 1971.

648

Kip Thorne, Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy (W. W. Norton), p. 268.

649

John D. Norton 2015, «Relativistic Cosmology», http://www.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters_2017_Jan_1/relativistic_cosmology/index.html, просм. 24 июля 2017 г.

650

Born 2005, p. 122. Это письмо не датировано, но оно написано в ответ на письмо Борна, написанное в августе 1936 года, и содержит ссылку на статью, написанную в конце 1936 года, так что, по всей вероятности, оно тоже относится к 1936 году.

651

Daniel Kennefick 2005, «Einstein Versus the Physical Review», Physics Today 58 (9): 43, doi:10.1063/1.2117822.

652

Уилер не был первым, кто стал называть эти объекты черными дырами, но именно с него началось широкое употребление этого термина: см. Misner, Thorne, and Zurek 2009.

653

Девитт и Девитт-Моретт, интервью, 1995 г.

654

Freire 2015, p. 130.

655

Cecile DeWitt-Morette 2011, The Pursuit of Quantum Gravity: Memoirs of Bryce DeWitt from 1946 to 2004 (Springer), p. 95.

656

Byrne 2010, p. 319.

657

Ibid., pp. 3–4. Эта информация взята из хранящегося в ФБР досье Эверетта.

658

Byrne 2010, p. 196.

659

Письмо Эверетта Уильяму Харви от 20 июня 1977 г., Everett Papers, http://hdl.handle.net/10575/1150, просм. 23 июля 2017 г. NB: Харви – тот самый социолог, который интервьюировал Филипа Пёрла в связи со своим исследованием «социальных отклонений» среди физиков.

660

Эверетт – Франку, 31 мая 1957 г., Everett Papers, http://hdl.handle.net/10575/1153, просм. 23 июля 2017 г.

661

Франк – Эверетту, 3 августа 1957 г., Everett Papers, http://hdl.handle.net/10575/1173, просм. 23 июля 2017 г.

662

Питер Бирн, частное сообщение, 13 октября 2016 г.

663

Byrne 2010, p. 339.

664

Evelyn Fox Keller 1979, «Cognitive Repression in Contemporary Physics», American Journal of Physics 47 (8): 720.

665

Byrne 2010, p. 323.

666

Ibid., p. 332.

667

Ibid., p. 322.

668

Ibid., pp. 321–322.

669

D. Deutsch 1985, «Quantum Theory, the Church-Turing Principle, and the Universal Quantum Computer», Proceedings of the Royal Society of London A 400:114. Выделено в оригинале. (Отметим, что финансировал публикацию этой статьи Пенроуз.)

670

См. Freire 2015, p. 322.

671

Douglas Huff and Omer Prewett, eds., 1979, The Nature of the Physical Universe: 1976 Nobel Conference (Wiley), p. 29.

672

Byrne 2010, p. 347. Семья Эверетта хранила его прах в течение года после кремации, но потом все же выбросила его на свалку, как Эверетт и распорядился в завещании.

673

National Aeronautics and Space Administration 2013, «Wilkinson Microwave Anisotropy Probe», https://map.gsfc.nasa.gov/, просм. 24 июля 2017 г.

674

L. Rosenfeld 1963, «On Quantization of Fields», Nuclear Physics 40:353.

675

Martin Gardner 2001, «Multiverses and Blackberries», Skeptical Inquirer, September/October, http://www.csicop.org/si/show/multiverses_and_blackberries, просм. 24 июля 2017 г.

676

Дэвид Уоллес, интервью автору книги, Санта-Крус, Калифорния, США, 27 июня 2013 г.

677

George Ellis and Joe Silk 2014, «Defend the Integrity of Physics», Nature 516 (December 18): 321–323, doi:10.1038/516321a.

678

См. подробный и увлекательный рассказ об истории с Леверье, Эйнштейном и Вулканом в Thomas Levenson 2015, The Hunt for Vulcan (Random House).

679

«The Divine Afflatus», New York Evening Mail, November 16, 1917; см. также https://en.wikiquote.org/wiki/H._L._Mencken.

680

Albert 2013 (лекция в Институте философии космологии UCSC), http://youtu.be/gjvNkPmaILA?t=1h28m40s.

681

Hans-Joachim Dahms 1996, «Vienna Circle and French Enlightenment: A Comparison of Diderot’s Encyclopedie with Neurath’s International Encyclopedia of Unified Science», в: Encyclopedia and Utopia: The Life and Work of Otto Neurath (1882–1945), ed. by E. Nemeth and Friedrich Stadler (Springer), p. 53.

682

Xiao-Song Ma et al. 2012, «Quantum Teleportation over 143 Kilometres Using Active Feed-Forward», Nature 489 (September 13): 269–273, doi:10.1038/nature11472.

683

Антон Цайлингер, интервью автору книги, Вена, Австрия, 2 ноября 2015 г.

684

Markus Arndt et al. 1999, «Wave-Particle Duality of C60 molecules», Nature 401 (October 14): 680–682, doi:10.1038/44348.

685

Цайлингер, интервью 2015 г.

686

Steven Weinberg 2014, «Quantum Mechanics Without State Vectors», arXiv:1405.3483; Steven Weinberg 2013, Lectures on Quantum Mechanics (Cambridge University Press), p. 82.

687

Герард ‘т Хоофт, интервью автору книги, Вена, Австрия 24 октября 2015 г.

688

Jorrit de Boer, Erik Dal, and Ole Ulfbeck, eds., 1986, The Lesson of Quantum Theory (Elsevier), p. 53. Выделено в оригинале.

689

Max Tegmark 1997, «The Interpretation of Quantum Mechanics: Many Worlds or Many Words?» arXiv: quant-ph/9709032; Maximillian Schlosshauer et al. 2013, «A Snapshot of Foundational Attitudes Toward Quantum Mechanics», arXiv:1301.1069; Christoph Sommer 2013, «Another Survey of Foundational Attitudes Towards Quantum Mechanics», arXiv:1303.2719; Travis Norsen and Sarah Nelson 2013, «Yet Another Snapshot of Foundational Attitudes Toward Quantum Mechanics», arXiv:1306.4646; Sujeevan Sivasundaram and Kristian Hvidtfelt Nielsen 2016, «Surveying the Attitudes of Physicists Concerning Foundational Issues of Quantum Mechanics», arXiv:1612.00676.

690

Как говорят Норсен и Нельсон (2013), «[опросы] гораздо больше рассказывают о процессах отбора приглашенных на ту или иную конференцию, чем о трендах в мышлении сообщества в целом». Такой эффект селекции объясняет результаты двух опросов, в которых копенгагенская интерпретация не набрала большинства голосов: эти опросы проведены на необычных по составу конференциях. Одну из них (Norsen and Nelson 2013) организовали бомианцы; неудивительно поэтому, что теория волны-пилота на ней завоевала первенство. Участники второй (Sommer 2013) были очень немногочисленны и состояли в основном из студентов, которые на вопрос о предпочтениях отвечали обычно «не определился». Недавний опрос на эту тему, не ограниченный участниками конференций (Sivasundaram and Nielsen 2016, с самым широким на тот момент охватом), ясно продемонстрировал победу «копенгагенцев»: в пользу копенгагенской интерпретации высказалось почти 40 процентов опрошенных, и никакая другая не набрала в свою поддержку больше 6 процентов голосов. Но у этого опроса есть и серьезные методологические погрешности – несмотря на то что он проводился не среди участников конференции, а по почте, выборка физиков, получивших анкету, была все же нерепрезентативной, доля ответивших на вопросы составила всего 10 %, а коррекции систематических ошибок составители опроса не предусмотрели. Если эти строки читают социологи науки – пожалуйста, тщательно спланируйте и проведите опрос физиков на эту тему! Дело верное – гарантирована журнальная публикация и, скорее всего, внимание прессы.

691

Цайлингер, интервью 2015 г.

692

Швебер, интервью, 2016 г

693

Эмери, частное сообщение, 10 января 2017 г.; телефонное интервью автору книги, 5 мая 2017 г.

694

Anton Zeilinger 2005, «The Message of the Quantum», Nature 438 (December 8): 743.

695

Emanuel Derman 2012, «2012: What Is Your Favorite Deep, Elegant, or Beautiful Explanation?», Edge, https://www.edge.org/responses/what-is-your-favorite-deep-elegant-or-beautiful-explanation, просм. 28 июля 2017 г.

696

Возрождение эмпиризма после 1980 года происходит в значительной степени благодаря работам философа Баса ван Фраассена, который отстаивает позицию, называемую им «конструктивным эмпиризмом». Неудивительно, что ван Фраассен более сочувственно, чем большинство философов физики, относится к копенгагенской интерпретации. Он признает, однако, что «по сегодняшним стандартам копенгагенская интерпретация вообще не является интерпретацией», и предпочитает «трансакционную интерпретацию», предложенную физиком Карло Ровелли, – попытку модернизировать «копенгагенскую идею» в духе антиреализма (ван Фраассен, интервью автору книги).

697

Как и в главе 8, я здесь имею в виду аналитических философов; философы континентальные совсем другой породы. Но большинство философов физики принадлежат именно к аналитической школе. Многие континентальные философы занимаются философией науки, но мало кто из них специализируется именно на физике.

698

Matt Warman 2011, «Stephen Hawking Tells Google ‘Philosophy Is Dead», Telegraph, May 17, http://www.telegraph.co.uk/technology/google/8520033/Stephen-Hawking-tells-Google-philosophy-is-dead.html, просм. 28 июля 2017 г.

699

Massimo Pigliucci 2014, «Neil deGrasse Tyson and the Value of Philosophy», Scientia Salon, May 12, https://scientiasalon.wordpress.com/2014/05/12/neil-degrasse-tyson-and-the-value-of-philosophy/, просм. 28 июля 2017 г.

700

Ross Andersen 2012, «Has Physics Made Philosophy and Religion Obsolete?», Atlantic, April 23, https://www.theatlantic.com/technology/archive/2012/04/has-physics-made-philosophy-and-religion-obsolete/256203/, просм. 28 июля 2017 г.

701

Isaacson 2007, p. 514.

702

Mermin 1990, p. 199.

703

N. David Mermin 2004b, «Could Feynman Have Said This?», Physics Today 57 (5): 10–11, doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.1768652.

704

Mermin 1990, p. 200.

705

Альберт, интервью автору книги, 4 февраля 2015 г.

706

Фрэзер, интервью автору книги, 24 мая 2017 г.

707

Deepak Chopra 1995, «Interviews with People Who Make a Difference: Quantum Healing», by Daniel Redwood, Healthy.net, http://www.healthy.net/scr/interview.aspx?Id=167, просм. 20 сентября 2017 г.

708

Альберт, интервью автору книги, 4 февраля 2015 г. Выделено в оригинале.

709

«Feynman: Knowing Versus Understanding», YouTube, posted by TehPhysicalist, May 17, 2012, https://www.youtube.com/watch?v=NM-zWTU7X-k. Это запись Мессенджеровских лекций Фейнмана в Корнеллском университете в 1964 году – впоследствии эти лекции были изданы отдельной книгой The Character of Physical Law (русский перевод: Р. Фейнман. Характер физических законов. М.: Наука, 1987).

710

См., например, Chunjun Cao, Sean M. Carroll, and Spyridon Michalakis, 2016, «Space from Hilbert Space: Recovering Geometry from Bulk Entanglement», https://arxiv.org/abs/1606.08444, и многие другие статьи ван Раамсдонка, Сасскинда и Малдасены.

711

См., например, Laura Mersini-Houghton 2008, «Thoughts on Defining the Multiverse», https://arxiv.org/abs/0804.4280.

712

См., например, Elizabeth S. Gould and Niyaesh Afshordi 2014, «A Non-local Reality: Is There a Phase Uncertainty in Quantum Mechanics?» https://arxiv.org/abs/1407.4083.

713

Примечание для физиков и других специалистов: аргумент, что перестановочные соотношения в КТП обеспечивают локальность, не выдерживает никакой критики: эти соотношения неприменимы к процессам измерения. Когда в рамках КТП происходит измерение, происходит и коллапс, и точно так же, как и в стандартной нерелятивистской квантовой механике, чтобы объяснить нарушение неравенства Белла, этот коллапс должен происходить мгновенно во всем пространстве. Таким образом, «измерение» по-прежнему остается проблемой, и нелокальность имеет место (если только не пользоваться лазейками типа «кротовых нор», что, как некоторые думают, происходит в рамках многомировой интерпретации). По поводу отдельных интерпретационных трудностей, возникающих в КТП, см. Laura Ruetsche 2011, Interpreting Quantum Theories (Oxford University Press) и Paul Teller 1995, An Interpretive Introduction to Quantum Field Theory (Princeton University Press). В частности, проблему для этой теории создает, по-видимому, теорема Хаага.

714

Эти теории трудно распространить на КТП отчасти из-за фундаментальных проблем, касающихся ее непротиворечивости (см. предыдущее примечание).

715

Альберт Эйнштейн, письмо Роберту Торнтону от 7 декабря 1944 г., EA 61-574, https://plato.stanford.edu/entries/einstein-philscience/.

716

Wheeler and Ford 1998, p. 334.

717

Основой светоделителя является полупрозрачное зеркало, которое половину падающего на него света пропускает, а другую половину отражает. Когда половина светового пучка, приходящая снизу, отражается светоделителем направо, светоделитель вносит в нее фазовый сдвиг на 180°, из-за чего она оказывается в противофазе с половиной пучка, приходящей на светоделитель слева.

718

Wheeler and Ford 1998, p. 336.

719

Ibid., p. 337. Выделено в оригинале.

720

Ibid., p. 338.

721

Ibid., p. 339. Выделено в оригинале.

722

В большинстве версий многомировой интерпретации частиц как таковых вообще не существует. Так же обстоят дела и в большинстве версий теории спонтанного коллапса. Поэтому в том, что я пользуюсь словом «фотон», есть некоторое жульничество. Педанты могут заменять этот термин выражением «волновой пакет».

Content

Адам Беккер
Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

Введение

Пролог Невозможное свершилось

Часть I Философия умиротворения

1 Мера всех вещей

2 Прогнило что-то в Датском королевстве

3 Уличная потасовка

4 Копенгаген на Манхэттене

Часть II Квантовые диссиденты

5 Физика в изгнании

6 Оно из другого мира!

7 Глубочайшее научное открытие

8 «Есть многое на свете, друг Горацио…»

Часть III Великая задача

9 Подземная реальность

10 Квантовая весна

11 Копенгаген против Вселенной

12 Под ударами судьбы

Приложение Четыре взгляда на очень странный эксперимент

Благодарности

Иллюстрации

Список источников

Библиография

Примечания