фотонами. Их природа была полностью подтверждена в 1922 г., когда было доказано, что рассеяние света, благодаря которому наше небо имеет синий цвет, может быть вызвано только светом в виде частиц, а не волн.
А в 1924 г. французский физик Луи де Бройль на основе квантовой теории доказал, что волновой природой обладает не только свет, но и частицы. Каждая частица во Вселенной также является волной и имеет двойственную природу. На основе работ Планка и Эйнштейна де Бройль вывел формулу для описания длины волны и величины энергии у объектов различных размеров. Вывод де Бройля о волновой природе всех частиц, а не только электронов, был экспериментально подтвержден уже через два года при изучении дифракции на кристаллах.
К несчастью (или к счастью для тех, кому нравятся странные и неожиданные открытия), одна диковинная находка неизменно тянула за собой другую, как если бы наука перемещалась из одной Страны чудес в другую. Хотя каждая из исследуемых проблем казалась логичной, их решения представлялись полной противоположностью. Поэтому в 1920-е годы физики, проходя через новые порталы, каждый из которых означал прорыв в понимании природы, были ошеломлены и взволнованы. Попутно им пришлось заново проработать такие, на первый взгляд, несложные вопросы, как определение местонахождения той или иной частицы. Поначалу это представляется довольно простым. Если что-либо является волной (а под этим «что-то» можно понимать и все мироздание), то оно должно иметь природу также и частицы, – и как любая частица, в любой данный момент должно находиться в каком-то месте. Причем это место должно быть где-то конкретно и больше нигде. Но как определить, здесь оно или там? Ученые посчитали, что если атом представляет из себя скопление волн, то при наблюдении интерференции волн можно идентифицировать гармонические биения. То есть должны существовать такие точки, где отдельные волны не гасят друг друга, а, напротив, взаимоусиливают. Получается статистический «разброс» подобных мест, который говорит нам, где с наибольшей вероятностью находится любая конкретная частица. Все подобные прогнозы ученых вскоре оправдались. Однако такие «наиболее вероятные места» оказались намного ближе, чем ожидалось.
Благодаря квантовой теории было сделано несколько предсказаний, именно они чаще всего связывают квантовую теорию с биоцентризмом в целом, а также с нашими последними уточнениями в частности. Одно из таких предсказаний затрагивает то, что получило название «запутанность»
В 1927 г. Вернер Гейзенберг представил свой знаменитый принцип неопределенности, математически объясняющий, почему для любого объекта волновой природы (в особенности микроскопического объекта) наше знание о его местонахождении и характере движения всегда ограничено. Дело здесь не только в том, что наблюдатель искажает видимое либо влияет на видимое (именно так на протяжении десятилетий многие затем относились к проблеме неопределенности) или же что любое взаимодействие между классическими объектами и объектами квантового размера вызывает такую неопределенность. Нет, просто таково неотъемлемое свойство волновых объектов. Эта неопределенность применяется ко всем парам свойств, которые связаны друг с другом. По большому счету, чем точнее у нас информация о характере движения объекта, тем с меньшей уверенностью можно узнать, где он находится в данный момент [9].
И это имеет далеко идущие последствия. Помните, как Нильс Бор использовал квантовую модель атома для объяснения, почему электроны не сталкивались с протонами, как это предрекала классическая физика? Так вот, принцип неопределенности Гейзенберга выдвигает другое объяснение. Если бы электрон действительно столкнулся с ядром, то мы бы знали, что его движение теперь равно нулю. Вдобавок мы бы знали его местонахождение – прямо в центре атома! Но поскольку принцип Гейзенберга утверждает, что мы не можем в точности знать как положение, так и импульс, то такое событие просто не может произойти. И оно не происходит!
Итак, в первые три десятилетия XX века прозорливые физики Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Луи де Бройль, Нильс Бор и Вернер Гейзенберг, за которыми последовали Эрвин Шрёдингер и Поль Дирак, создали математические модели, обладавшие беспрецедентной предсказательной мощью и объяснившие нам поразительные странности природы. Они наглядно показали, как взаимодействуют объекты мельчайших масштабов, тех самых, что определяют клеточный уровень Вселенной. Все эти ученые стали лауреатами Нобелевской премии. Используя статистические методы, они открыли удивительные «константы» и показали, что на субмикроскопическом уровне природа действует иначе, чем в видимом макрокосмическом мире. Весь корпус их работ сегодня называется квантовой теорией или квантовой механикой. Ее можно было бы назвать лишь «теорией», однако КТ успешно прошла все устроенные ей тесты.
Благодаря квантовой теории было сделано несколько предсказаний, которые ранее представлялись совершенно неслыханными. Именно они чаще всего связывают квантовую теорию с биоцентризмом в целом, а также с нашими последними уточнениями в частности. Одно из таких предсказаний затрагивает то, что получило название «запутанность».
В 1935 г. Эйнштейн и два других физика, Натан Розен и Борис Подольский, обратились к любопытному квантовому предсказанию о частицах или квантах света, которые были созданы одновременно и описаны как «запутанные». Мы можем, например, выстрелить фотоном или квантом света в кристалл бета-бората бария и обнаружить, что появилось два фотона.
Рис. 3.1. Наше вполне понятное желание изобразить атомы и вращающиеся вокруг них электроны, к сожалению, не увенчается успехом. Мы используем термин «орбитальный» для описания местоположения электрона, и это может означать, что он вращается вокруг ядра атома, как планета вращается вокруг Солнца. Но на самом деле электрон не вращается по орбите. Вместо этого мы можем себе представить, что он находится на некотором вероятном расстоянии от ядра, где-то в сферическом облаке. Однако в любой данный момент мы не можем указать на его четкое местоположение в этом облаке. Если построить график вероятностей, где мы можем обнаружить этот электрон, то черные области покажут нам наибольшую вероятность, а белые области – где он вряд ли может быть обнаружен.
Длина волны у каждого из них будет вдвое больше, чем длина волны одного исходного фотона, то есть каждый будет обладать половинной энергией, а в целом выходящая энергия будет такой же, как и входящая. Так следует из законов физики – квантовой или любой другой. Однако странно, что каждый из этих запутанных фотонов, даже если они летят со скоростью света на огромном расстоянии друг от друга, всегда должен каким-то образом «знать», что делает другой, и «реагировать» на это собственными дополняющими действиями. Ведь так диктует КТ. Например, если наблюдаемые волны одного фотона колеблются в горизонтальном направлении, его двойник будет «знать» об этом и проявлять дополнительное свойство – в данном случае вертикальную поляризацию. Квантовая теория утверждает, что такое «знание» будет мгновенным, даже если пара разделена световыми годами. В свою очередь, это означает, что открытое самим Эйнштейном и представляющееся незыблемым правило о скорости света как наивысшей скорости во Вселенной само себя отменяет.
Согласиться с этим было трудно, поэтому Эйнштейн, Подольский и Розен стали утверждать, что такое одновременное поведение должно быть вызвано неизвестными локальными эффектами, например действием еще неведомой нам силы или ошибками эксперимента, а уж никак не «жутким действием на расстоянии», по их же уничижительному отзыву.
Предсказание выявило и второй тревожный вопрос. Почему поведение первого фотона должно лежать в основе любого поведения в первую очередь? Какая разница, если кто-то обратит внимание на этот луч света? Разве он не обладает собственными свойствами (скажем, поляризацией), когда за ним наблюдают или нет? Пораженные физики начала XX века получили следующий ответ: «Не совсем так».
По сути, КТ говорит нам, что до начала наблюдения частицы и кванты света существуют лишь в виде некоего энергетического сгустка размытых возможностей с математической вероятностью – с такой-то вероятностью быть тем и такой-то вероятностью быть этим. При наблюдении группа частиц или квантов света действительно материализуется в соответствии со своими вероятностями, теряя размытую волновую природу и проявляясь как дискретные объекты, которые ведут себя как частицы или волны – в зависимости от вида эксперимента по их обнаружению. Эйнштейн терпеть не мог это предсказание, ведь реальность была не определенной, а вероятностной – как в игре случая. Квантовая теория вдохновила его на знаменитый ироничный комментарий: «Бог не играет в кости!»
Утверждая, что «нельзя получить что-то из ничего», многие и по сей день спрашивают, что же представляет из себя предпроявленный «сгусток возможности»: что было до того, как фотон или электрон обрели конечное существование? По условию, объект обладал или существовал в виде «волновой функции». (Как мы увидим в дальнейшем, это с самого начала сомнительно, так как многочисленные свидетельства подтверждают, что фотона или частицы просто не было до момента наблюдения. По сути, мы пытаемся подобрать ярлык для чего-то несуществующего.) Когда объект материализуется, это происходит в соответствии с вероятностями, описываемыми этой волновой функцией, и мы можем представить ее себе просто как математическую вероятность. Но является ли «вероятность» реальным объектом или это просто концепция, используемая человеком для ее описания?
В следующей главе мы подробно поговорим о волновых функциях, однако любое внимательное ознакомление с современными работами по квантовой механике показывает: физики до сих пор так и не определили, что же представляет из себя волновая функция. Является ли она реальным энергетическим объектом? Или некоей вероятностной призрачной сущностью? Одно мы знаем наверняка: при ее наблюдении волновая функция объекта «коллапсирует» (мы будем употреблять термин, пользующийся популярностью уже более полувека), то есть мы попросту говорим, что затем объект становится особой сущностью с реальными физическими характеристиками. И теперь будет существовать бесконечно долго.