Квант. Путеводитель для запутавшихся

Глава 5. Наблюдатели и наблюдаемое

Основы квантовой механики, которые я уже описал, могли показаться вам непонятными, а порой и притянутыми за уши, но факт остается фактом: и с математической, и с логической точки зрения квантовые законы однозначны и четко определены. Хотя даже многие квантовые физики сталкиваются с неудобствами при переводе странных, абстрактных свойств волновой функции на язык реального мира, математический аппарат и формализм квантовой механики слишком успешны и слишком точны, чтобы сомневаться в том, что она отражает фундаментальные истины. Однако остается последняя загадка, которую квантовые физики не могут объяснить удовлетворительным образом. Многие скажут, что это самый важный и при этом самый загадочный аспект этой науки, а именно: почему, установив наблюдение, мы не можем увидеть волновую функцию – или ту физическую реальность, которую она описывает, – в действии? Или, иными словами, почему картина интерференции исчезает, когда мы пытаемся проверить, сквозь какую из прорезей прошел атом? Квантовая механика не дает ответа на эти вопросы, и они составляют основу так называемой проблемы измерения в квантовой механике. Мы повсюду видим эффекты влияния волновой функции – с ее вероятностной природой, нелокальностью и способностью к формированию суперпозиций и запутанных состояний. На самом деле эти свойства необходимы нам, чтобы объяснить плотность материи, сияние Солнца, даже возникновение атомов, из которых состоят наши тела. Но проблема никуда не пропадает: как мы понимаем, как именно распространенная волновая функция вдруг преобразуется в локализованную частицу, стоит нам попытаться установить за ней наблюдение?

Квантовые физики называют этот загадочный процесс «коллапсом волновой функции» – в предыдущей главе я и сам использовал эту фразу. Однако относительно недавнее открытие убедило многих физиков, что в такой терминологии нет необходимости. Впрочем, пока что никто не знает наверняка, решена ли проблема измерения или нет.

Я начну с описания того, что мы имеем в виду под «наблюдением».