В книге «КЭД – странная история света и вещества» Ричард Фейнман приводит в качестве примера лучи света. Классический (читай неквантовый) закон отражения гласит: когда луч света падает на зеркало, «угол падения равен углу отражения». То есть луч «отскакивает» под тем же углом, под каким упал. В классическом мире существует единственный результат, определяемый простым геометрическим законом. В квантовом мире такое понятие, как «луч света», отсутствует. Вместо этого существует квантовая суперпозиция волнообразных фотонов, расходящихся во всех направлениях.
Если вы представите себе такой падающий луч, то его фотоны будут в особом порядке сконцентрированы около классического луча. Каждый фотон следует своим собственным путём; даже те точки, где они ударят в зеркало, будут различными, а направления отскоков не подчинятся классическому закону отражения. Замечательным образом, если вы сложите все волны, соответствующие всем фотонам, – все потенциальные квантовые состояния, то с большой долей вероятности ответ будет близок к классическому отражённому лучу. И Фейнман сумел убедить своих читателей в этой технической особенности (принципе стационарной фазы) даже без каких-либо вычислений. Блестящая работа!
Обратите внимание, как целая квантовая суперпозиция всех возможных состояний (включая самые дикие вроде протона, следующего по извилистой траектории и попадающего в зеркало множество раз) ведёт к единственному классическому результату: тому самому, который мы и наблюдаем. А вовсе не к суперпозиции множества классических миров вроде пресловутого мира, в котором Адольф Гитлер выиграл Вторую мировую войну, мирно сосуществующего с тем, в котором он её проиграл. Наряду с бесконечными мирами, включающими все возможные варианты, произошедшие во все возможные разы.
Да, но… Нельзя ли разложить эту квантовую суперпозицию на несколько различных классических вариантов развития событий так, чтобы их суперпозиция была такой же, как и у квантовой? Таким образом, каждый классический сценарий будет суперпозицией для каких-либо квантовых – нужно только быть внимательным и не использовать один и тот же вариант дважды. Возможно это или нет? Если да, то возражения против «мультигитлеровой» вселенной окажутся несущественными.
Большинство разумных классических вариаций «равноугольного» сценария падения и отражения предполагает классический набор вариантов: как падает луч света (это определяет угол падения) и как он отскакивает (угол отражения). Мы можем нарисовать серию прямых линий, начинающихся у источника света, попадающих в зеркало и отскакивающих, возможно, под разными углами.
Таким образом, мы получаем траектории фотонов, которые составляют море всех возможных квантовых состояний, воспроизводящих все классические траектории. Однако чтобы это работало, попытаемся представить луч как сумму близких квантовых состояний. Однако это перестаёт работать, стоит лишь изменить точку попадания луча в зеркало и попытаться представить этот луч как сумму близких квантовых состояний. Для того чтобы получить исходный набор траекторий фотонов, правильно отображающий падающий луч, этим траекториям должны быть заданы вероятности, которые концентрировались бы вокруг луча. Тогда траектории, связанные с другим лучом, не могут адекватно описывать этот альтернативный луч. Короче говоря, мы просто не можем изменить точку попадания классического луча в зеркало. Поскольку тогда траектории фотонов, отражающихся под разными углами, окажутся совершенно неклассическими. В классической физике такое невозможно, потому что классические траектории подчиняются закону отражения.
Подобный мысленный эксперимент с мини-вселенной, содержащей зеркало и луч света, по-видимому, свидетельствует, что данная квантовая суперпозиция описывает одно-единственное классическое состояние, а кроме того, не может быть разложена на несколько различных классических состояний. Может быть, и существует какой-нибудь подходящий способ это сделать, но не в мире падающих и отражающихся лучей. В общем, хотя эта мини-вселенная вроде бы обладает бесконечным множеством различных квантовых состояний, мы имеем один-единственный вариант суперпозиции, подчиняющийся классическому закону. Поскольку это верно для простой мини-вселенной, нечто более или менее похожее должно выполняться и для более сложных систем. В частности, хотя классическую историю, в которой Гитлер проиграл Вторую мировую войну, можно разложить на тьму-тьмущую квантовых альтернатив, все эти состояния детерминируют один и тот же классический случай: тот, в котором войну Гитлер проиграл. Более того, это состояние нельзя разложить на набор классических историй путём разделения квантовых состояний, которые его составляют.
Если это суждение верно, нет никакого смысла считать, будто составные квантовые состояния есть нечто большее, чем забавная математическая выдумка.
Основная проблема с котом Шрёдингера – это не собственно квантовая суперпозиция, а наша неспособность моделировать явления в квантовой механике таким образом, который бы соответствовал реальным результатам, полученным с помощью экспериментальной аппаратуры. Вместо того чтобы признать, что мы не можем сказать, что происходит при наших наблюдениях за миром, и отыскать одно определённое состояние из множества возможных, мы упорно продолжаем утверждать, что целая Вселенная должна расщепляться на части, заключающие в себе все возможные исходы событий. Это всё равно что настаивать, будто Вселенная вращается вокруг неподвижной Земли, а вовсе не Земля движется во Вселенной.
Раз уж много чего НЕ произошло с тех пор, как вы появились на свет, как насчёт тех событий, которые всё-таки произошли? Стали ли они результатом случайного броска генетических игральных костей, когда один из сперматозоидов, несущий определённый набор генов, попал в цель, а остальные 200 миллионов промахнулись? Или когда конкретное пушечное ядро оторвало кому-то руку, пощадив всё остальное… А может, оно при этом убило других людей? Были ведь и другие события. Возможно, все они строго детерминированы тем, что случилось мгновением раньше, которое, в свою очередь, было детерминировано предыдущим? Есть ли у нас возможность выбора между событиями, происходящими по чистой случайности? Или всё происходит строго в рамках причинно-следственных связей, начиная с Большого взрыва вплоть до сегодняшнего дня, с продолжением в бесконечном будущем? Неужели наше будущее существует в одном-единственном варианте?
В начале своей книги «Свобода эволюционирует» Дэниел Денетт убедительно показывает, что выбирать между этими двумя опциями мы не в состоянии. Они вообще не являются реальными альтернативами: дилемма детерминизм/индетерминизм никуда не ведёт, поскольку мы никогда не узнаем, что там на самом деле. Разграничение имеет смысл только в мысленном эксперименте, в котором мы повторно запускаем нашу Вселенную, начав с определённого состояния, и проверяем, будут ли снова происходить те же самые события. Это разграничение вполне годится для размышлений о мире, различных его моделях, но не имеет ничего общего с самим миром.
Можно взять какие угодно события и обсудить их истоки, то есть то, почему они произошли. Остановимся на трёх примерах. Первый покажет, насколько сложно докопаться до причин в реальном физическом мире, так как незначительные эпизоды зачастую влекут за собой глобальные последствия. Второй продемонстрирует, как в нашем культурном мире вполне незначительные события (или отсутствие таковых) могут захватить нашу социальную вселенную и столкнуть её с позитивной тропы. Наконец, мы вам поведаем, как человеческое вмешательство может коренным образом изменить биологические системы. И речь в данном случае пойдёт вовсе не о додо.
В 60-х годах XX века математик и метеоролог Эдвард Лоренц обнаружил, что небольшие изменения в данных для компьютерной модели прогноза погоды ведут к значительным изменениям в конечном результате. Из этого открытия наряду с другими данными берёт начало математическая теория детерминированного хаоса. Мы все слышали, что взмах крыла бабочки где-нибудь в Токио может стать причиной торнадо в Техасе месяцем позже. Это замечательный пример, однако в нём феномен причинно-следственной связи предстаёт в ложном свете. Начинает казаться, будто для торнадо нужна только бабочка, между тем как в действительности речь идёт об изменениях, спровоцированных бабочкой и слегка переменивших реальность. Именно они качнули чашу весов причинно-следственной связи, толкнув её на другую траекторию при том же самом аттракторе. Тем более что наш мир изобилует бабочками.
