Крупнейший опрос Nature показал раскол среди физиков по вопросу о природе реальности

Журнал Nature провел по электронной почте крупнейший из когда-либо реализованных опросов ученых, связанных с квантовой механикой. Всего на его вопросы ответило около 1 100 человек. Ключевым из них был пункт о том, как они оценивают коллапс волновой функции — мгновенное изменение параметров квантовомеханического объекта, происходящее в момент измерения этого самого параметра. В научпопе его самым известным примером служит судьба кота Шредингера: в зависимости от результата измерения он либо мертв (с вероятностью 50%) либо жив (с той же), но до проведения измерения узнать это невозможно.

С научной и философской точки зрения этот момент выглядит странно. Получается, что действия ученого-наблюдателя влияют на судьбу наблюдаемого объекта. Неясна ни собственно физическая природа такого влияния, ни то, происходит ли оно вообще на самом деле.

Еще Альберт Эйнштейн выступил против ключевого автора копенгагенской интерпретации, датского физика Бора, с известным тезисом «Бог не играет в кости». Этим Эйнштейн (по сути скорее атеист, чем верующий) хотел сказать, что мнение о том, что до измерения в квантовой механике измеряемых параметров в определенном виде просто не существует, неверно. По мнению крупнейшего физика прошлого века, эти параметры имеют какой-то определенный характер, просто из-за неполноты квантовой механики на сегодняшний день мы не можем их рассчитать и вынуждены узнавать только после измерения.

Сверху вниз перечислены основные интерпретации квантовой механики учеными в рамках опроса. Голубым показана доля ответивших за тот или иной вариант, но не уверенных в верности своего ответа. Светло-синим показаны те, кто считают себя сравнительно уверенными в своем ответе. Темно-синим показаны те, кто уверен. Долю последних трудно назвать ошеломляюще большой / © Nature

В опросе 36% процентов исследователей показали себя сторонниками копенгагенской интерпретации: по их мнению, в момент измерения реально меняются физические параметры измеряемой подсистемы. Однако когда их спросили, уверены ли они в этом, половина сообщила, что нет. Более или менее уверенных в разной степени оказалось лишь порядка 18% опрошенных. 47% опрошенных посчитали, что такая интерпретация — скорее удобный инструмент расчетов, чем физическая реальность. То есть с их точки зрения, действия наблюдателя не изменяют объект наблюдения физически, но лишь позволяют выяснить, что с этим объектом происходит.

Копенгагенская интерпретация квантовой механики на примере кота Шредингера. По ней в момент измерения параметров (заглядывания в коробку) условный кот определяется в том, жив он (если отрава не сработала) или мертв (если сработал). Получается, что сам факт измерения состояния условного кота наблюдателем формирует физическую реальность без каких-либо очевидных физических механизмов, с помощью которых такое изменение случилось. Ведь наблюдатель никак не трогает кота с точки зрения классической физики / © Nature

15% заявили, что они сторонники многомировой интерпретации квантовой механики. По ней после измерения условный шредингеровский кот может быть как мертв, так и жив одновременно: просто сам акт измерение создает два отдельных мира, в одном из которых кот выживает, в другом — погибает. 7% заявили, что они сторонники интерпретации квантовой механики де Бройля-Бома. По ней у квантовой подсистемы до измерения параметры все-таки есть, и наблюдатель не создает их, а лишь измеряет. Однако у нее есть слабость: она нелокальна, то есть в ряде ситуаций предполагает «мгновенное» действие на очень больших расстояниях. Другой неприятный момент: ряд интерпретаций этой интерпретации предполагают, что измеряемое состояние квантовой системы существует только для измеряющего, а для других людей — по сути не существует, поскольку они его не измерили.

Эпистемологическая интерпретация квантовой механики (ее еще иногда называют информационной) предполагает, что кот все же имеет какую-то определенную судьбу вне зависимости от наблюдателя, а квантовые состояния относятся только к вероятности наблюдателя получить ту или иную информацию о состоянии кота. Этот подход тоже вызывает немало вопросов, но хотя бы обходится без управления судьбой объектов одним лишь наблюдением / © Nature

Карлтон Кэйвс, физик-теоретик из Университета Нью-Мексико (США), считает, что сложившаяся ситуация неидеальна: «Это просто стыд, что у нас нет истории, которую мы могли бы рассказать людям — истории о том, что есть реальность». Другие опрошенные Nature ученые, напротив, находят ситуацию даже забавной, считая ее «ведущей к креативности».

Еще три наиболее популярные интерпретации, упомянутые в опросе выше. Они со своими недостатками: например, по многомировой интерпретации Эверетта выходит, что каждое измерение наблюдателя создает отдельную Вселенную самим фактом наблюдения. На этом фоне копенгагенское убийство кота одним фактом наблюдения начинает выглядеть мелочью. Обычная лаборатория в такой ситуации оказывается буквально кузницей миров / © Nature

С практической точки зрения наиболее вероятным сценарием остается неполнота современных квантовомеханических теорий. Вероятнее всего, они описывают квантово-механические процессы не полностью и более полные теории будут лишены недостатков копенгагенской и иных современных интерпретаций. Не исключено, что новая теоретическая основа, когда она все же будет создана, ускорит и работу над квантовыми компьютерами, которые, несмотря на громкие заявления в СМИ, все еще делают свои первые шаги и страдают массой детских болезней, затрудняющих их использование на практике.