Квант. Путеводитель для запутавшихся

«А потом происходит еще кое-что»

В Главе 3, описывая идею судьбы и предсказания будущего, я пришел к выводу, что квантовая механика спасает нас от депрессивного ньютоновского представления о детерминистской, механической вселенной, где все, что когда-либо случится, заранее предопределено, а следовательно, теоретически может быть предсказано. Вместо того чтобы получить возможность точно предсказывать будущее, решая уравнения Ньютона, мы можем лишь предсказывать вероятность различных исходов.

Такова суть квантового индетерминизма. Но разве уравнение Шрёдингера, которое мы используем в квантовом мире вместо ньютоновских уравнений, действительно представляет собой источник этого индетерминизма? Ответ, как ни странно, нет. На самом деле уравнение Шрёдингера как раз представляет собой пример полного детерминизма: зная значение волновой функции в любой момент времени, решив уравнение, я могу точно вычислить ее значение для любого момента в будущем. Идея вероятности вступает в дело лишь тогда, когда мы хотим отложить ручку и бумагу, отключить компьютер и сделать предсказания о результатах настоящих измерений, используя свои знания о волновой функции в момент этих измерений.

При всей своей успешности и математической силе формализм квантовой механики не говорит нам, как сделать шаг от уравнения Шрёдингера к тому, что мы видим, когда проводим конкретное измерение изучаемой квантовой системы. По этой причине отцы-основатели квантовой механики вывели целый ряд «постулатов»: законов, которые представляют собой дополнение к квантовому формализму и дают нам способ перевода волновой функции на язык определенных ответов, или «наблюдаемого», то есть конкретных параметров, которые мы можем наблюдать, таких как положение, величина импульса или энергия электрона в определенный момент времени.

Один из этих постулатов вам уже знаком: он гласит, что вероятность обнаружения частицы в определенном месте можно вычислить путем сложения квадратов двух чисел, которые определяют значение волновой функции в этом положении. Это правило основано не на математике, но оно работает. Другие постулаты также связаны с тем, какие типы измерений можно провести и чего нам следует ожидать, когда мы проводим конкретное измерение. Они дают нам специализированный набор инструкций, как действовать, когда нам приходится отойти от «детерминистского» уравнения Шрёдингера и сравнить его предсказания с наблюдениями.

Идея измерения в квантовой механике расплывчата и малопонятна. В связи с этим физики с радостью приняли прагматичный подход, предложенный Бором, который полагал, что измерение включает в себя таинственный процесс, называемый «необратимым актом усиления», который происходит, когда квантовая система взаимодействует с измерительным прибором. Важно отметить, что измерительный прибор в этом случае должен описываться классической физикой, а следовательно, не являться квантовым объектом. Но как, почему и когда происходит этот процесс измерения? Любой измерительный прибор, будь это экран в эксперименте с двумя прорезями, вольтметр, счетчик Гейгера[34], сложный аппарат со множеством рычагов и шкал или даже человек-экспериментатор, состоит из атомов. Так где нам провести черту между квантовой системой, которая подчиняется квантовым законам, и классической системой, выступающей в качестве измерительного прибора?