«Заткнись и считай» — такое незамысловатое выражение появилось в научной среде как реакция на споры вокруг квантовой механики. Ставшая популярной преимущественно среди физиков, эта фраза емко и просто доносит идею о том, что к науке нужно применять прагматичный подход. Когда дело доходит до квантовой физики, кажется, что все не так очевидно.
В честь столетия квантовой физики, когда в 1925 году немецкому физику-теоретику Вернеру Гейзенбергу пришла в голову мысль, ознаменовавшая настоящий рассвет квантовой теории, журнал Nature провел социологическое исследование. Он разослал письма более чем 15 тыс. ученых, чьи недавние работы были связаны с квантовой механикой, а также пригласил участников конференции, проходившей на немецком острове Гельголанд (именно там Гейзенберга осенило), принять участие в опросе. Всего удалось получить около 1,1 тыс. ответов, в основном от физиков.
Квантовая механика, пишет Nature, удивительна тем, что позволяет с потрясающей точностью предсказывать результаты экспериментов, хотя описывает мир как вероятностный и неопределенный. Частицы ведут себя как волны, пока их не измерят — тогда они «определяются» и ведут себя как частицы. При этом запутанность позволяет частицам влиять друг на друга на расстоянии, что используют, например, в квантовой криптографии. Все это подчиняется строгим статистическим законам, даже если отдельные события невозможно предсказать точно.
Разногласия возникают, когда физиков просят объяснить, что именно они имеют в виду под терминами, описывающими квантовые явления. Оказывается, разные люди вкладывают в эти слова разный смысл, а сами явления — например, случайность или поведение частиц между измерениями — допускают несколько взаимно противоречивых интерпретаций.
Опрос Nature показал, что «единого мнения по вопросам о том, может ли частица действительно находиться в двух местах одновременно, существует ли множество вселенных и разумно ли считать, что математические величины, лежащие в основе квантовой механики, соответствуют чему-то реальному, практически нет». Основной конфликт происходит между адептами двух подходов.
Реалисты считают, что квантовая теория должна описывать реальный, визуализируемый мир, т.е. что за формулами стоит нечто физическое. Эпистемологи, напротив, уверены, что квантовая механика — это не о реальности как таковой, а о наших знаниях и предсказаниях результатов экспериментов. Т.е. неважно, что «на самом деле» происходит — главное, что работает предсказание.
Согласно опросу, примерно треть респондентов (36%) отдают предпочтение наиболее распространенной теории, известной как Копенгагенская интерпретация. Она была сформирована в 1920-х годах уже упомянутым Гейзенбергом и Нильсом Бором.
Согласно этой интерпретации, квантовые объекты не обладают определенными свойствами до момента измерения — до тех пор они описываются как совокупность вероятностей. Измерение «заставляет» систему выбрать одно из возможных состояний, что называется коллапсом волновой функции. Эта интерпретация утверждает, что задача физики — не описывать «что есть на самом деле», а предсказывать результаты наблюдений.
Остальные ученые, судя по результатам, выбрали другое представление о квантовой физике. Примерно 17% отдали предпочтение эпистемологическому подходу, еще 15% — интерпретации «многих миров» Хью Эверетта. Согласно концепции мультивселенной, которую, как и все, что связано с квантовой механикой, невозможно понять на интуитивном уровне, предполагает, что наша Вселенная — лишь одна из множества других. Каждая из них, полагают ученые, может обладать своими законами физики, константами и историей, т.е. буквально жить своей жизнью.
Около 7% респондентов остановили свой выбор на теории де Бройля — Бома, также известной как теория пилотных волн. Она предлагает детерминированную альтернативу стандартной интерпретации. В ней предполагается, что частицы имеют четко определенные траектории, которые направляются «пилот-волной», т.е. волновой функцией, подчиняющейся уравнению Шредингера. Эта волна влияет на движение частицы, но не наоборот.
Возвращаясь к фразе «заткнись и считай», она обычно приписывается сторонникам Копенгагенской интерпретации, которые считали, что спорить о «реальности» волновой функции или параллельных мирах — пустая трата времени. Главное, по их мнению, — использовать математический аппарат теории и получать правильные результаты.