Если нам навязывают только один порядок реальности — физический порядок вещей, то вот подлинный парадокс, для которого не существует никакого решения в рамках материального реализма. Джон Уиллер назвал круговой характер квантового измерения «круговоротом значения». Это очень проницательное описание, но действительный вопрос в том, кто читает значение [29]. Здесь нет никакого парадокса только для идеализма, поскольку сознание действует извне системы и завершает круговорот значения.
Это решение похоже на решение так называемой проблемы заключенного — элементарной задачи из теории игр. Вы планируете убежать из тюремной камеры через тоннель, вырытый с помощью вашего друга (рис. 27). Очевидно, что ваш побег будет намного легче, если вы и ваш друг будете копать с противоположных сторон одного и того же угла камеры; однако вы не можете общаться, и в камере шесть углов, из которых нужно выбирать. Шансы на побег не выглядят слишком хорошими, не так ли? Но подумайте немного о форме вашей камеры, и вы поймете, что, вероятнее всего, вы решите копать в углу номер 3. Почему? Потому что это единственный угол, который выглядит другим (вогнутым) снаружи. Поэтому вы ожидали бы, что ваш друг начнет копать именно здесь. Точно так же, только угол номер 3 вогнут изнутри, так что ваш друг, вероятно, будет ожидать, что вы тоже начнете копать в этом месте.
Рис. 27. Дилемма заключенного: какой угол выбрать?
Но в чем заключается мотивация вашего друга копать в этом углу? Это вы! Он представляет, что вы выбираете этот угол, по той же причине, по которой вы представляете, что он выбирает его. Заметьте, что в данном случае мы не можем устанавливать никакой причинной последовательности и, значит, никакой простой иерархии уровней. Вместо линейной причинной иерархии мы имеем круговую причинную иерархию. Никто не выбирал план. Вместо этого план был совместным творением, направляемым более высокой целью — побегом заключенного.
Дуглас Хофштедтер назвал ситуацию такого типа сложной иерархией — иерархией, которая настолько запутана, что невозможно выделить более высокие и более низкие уровни на иерархическом тотемном столбе. Хофштедтер полагает, что самоотнесение может происходить от подобной сложной иерархии. Я подозреваю, что в ситуации с мозгом-умом, в которой сознание вызывает коллапс волновой функции, но лишь тогда, когда присутствует осознание, наше имманентное самоотнесение происходит от сложной иерархии. Цепочка фон Нойманна заканчивается именно наблюдением самосоотносящейся системой [30].
Необратимость и стрела времени
Когда заканчивается измерение? Идеализм утверждает, что оно заканчивается только когда произошло самосоотносительное наблюдение. По контрасту с этим, некоторые физики доказывают, что измерение заканчивается, когда детектор обнаруживает квантовое событие. Чем же детектор отличается от прежнего измерительного прибора? Эти физики утверждают, что обнаружение детектором необратимо.
Что такое необратимость? В природе есть некоторые процессы, которые можно называть обратимыми, поскольку наблюдая эти процессы в обратном порядке, невозможно определить направление хода времени. Примером может служить движение маятника (по крайней мере, в течение короткого промежутка): если вы снимете его движение на кинопленку и затем пустите ее в обратную сторону, то не обнаружите никакого видимого различия. По контрасту с этим, киносъемку необратимого процесса нельзя прокручивать в обратную сторону, не раскрывая ее секрет. Например, предположим, что, снимая движение маятника на столе, вы также снимаете чашку, которая падает на пол и разбивается. Когда вы прокручиваете фильм в обратную сторону, осколки, взлетающие с пола и снова становящиеся целой чашкой, раскроют ваш секрет — что вы прокручиваете фильм в обратную сторону.
Чтобы понять разницу между обратимым измерительным прибором и детектором, рассмотрим следующий пример. Фотоны имеют характеристику, именуемую поляризацией, которая может принимать два значения: это некоторая ось, направленная (или поляризованная) только в одном из двух взаимно перпендикулярных направлений. Поляризованные солнцезащитные очки поляризуют обычный неполяризованный свет. Они пропускают только те фотоны, ось поляризации которых параллельна оси поляризации очков. Вы можете это проверить, поставив двое поляризованных очков перпендикулярно друг другу и посмотрев через них. Вы увидите только темноту. Почему? Потому что одно поляризованное стекло поляризует фотоны, скажем, вертикально, а другое пропускает только фотоны, поляризованные горизонтально. Иными словами, оба стекла вместе действуют как двойной фильтр, который задерживает весь свет.
Фотон, поляризованный под углом 45°, представляет собой когерентную суперпозицию наполовину вертикально и наполовину горизонтально поляризованных состояний. Если такой фотон проходит через поляризационную коробку с вертикально и горизонтально поляризованными каналами, то он случайным образом появляется либо в вертикально поляризованном, либо в горизонтально поляризованном канале. Об этом можно судить по показаниям детекторов, помещенных за каждым из каналов (рис. 28, а).
Теперь предположим, что в установке, изображенной на рис. 28, а, мы помешаем между поляризационной коробкой и детекторами поляризатор с углом поляризации 45° (рис. 28, б). Оказывается, что фотон восстанавливает свое первоначальное состояние поляризации под углом 45° — состояние когерентной суперпозиции; он возрождается. Таким образом, для измерения фотонов одного поляроида недостаточно — поскольку фотоны по-прежнему сохраняют свой потенциал становиться когерентной суперпозицией. Для измерения необходим детектор, в котором происходят необратимые процессы, например флуоресцентный экран или фотографическая пленка.
Рис. 28. Эксперименты с фотонами, поляризованными под углом 45°
Если думать с точки зрения обращения времени, то движение фотонов, поляризованных под углом 45°, которые проходят через поляризационную коробку, а потом опять через поляризатор с углом поляризации 45°, обратимо во времени. Однако если фотоны обнаруживаются неким детектором с необратимыми процессами, то, представляя себе этот процесс в обратном направлении, вы способны различать между движением вперед и назад.
Вспомните историю о сцене, снимавшейся для немого кино. Предполагалось, что героиня привязана к рельсам перед приближающимся поездом. По сюжету фильма героиня должна была быть спасена — поезд в последнее мгновение останавливался. Поскольку актриса (по понятным соображениям) не хотела рисковать своей жизнью, режиссер снимал всю сцену задом наперед — начиная с момента, когда актриса привязана к рельсам, а поезд неподвижно стоит рядом с ней. Затем поезд начинал двигаться задом. Но что, как вы думаете, видели зрители, когда фильм прокручивали в обратную сторону? В те дни поезда водили паровозы, работавшие на угле. В фильме, запущенном в обратную сторону, дым входил в паровозную трубу, вместо того чтобы выходить из нее, тем самым раскрывая секрет фильма. Образование дыма — необратимый процесс.
Означает ли это, что близко решение проблемы квантового измерения — причем без допущения участия сознания? Нам нужно только признать необратимость определенных измерительных приборов, именуемых детекторами, и тогда, возможно, мы можем вырваться из цепочки фон Нойманна. Как только детекторы сработали, когерентная суперпозиция больше не может быть восстановлена, и, следовательно, можно сказать, что она действительно закончилась.
Но так ли это на самом деле? Достаточно ли детектора для окончания цепочки фон Нойманна? Сам фон Нойманн отвечает — нет. Детектор должен становиться когерентной суперпозицией показаний стрелки, по той простой причине, что он тоже подчиняется квантовой механике. То же справедливо и для любого последующего измерительного прибора — обратимого или «необратимого». Цепочка фон Нойманна продолжается.
