Измеренные двумя наблюдателями расстояния между двумя точками и временные интервалы связаны друг с другом посредством набора алгебраических формул, называемых преобразованиями Лоренца по имени голландца Хендрика Лоренца, который первым записал их за год до публикации работы Эйнштейна. Значительная часть подготовительной работы к теории относительности действительно была проведена еще до Эйнштейна, и в 1890-х годах Лоренц и ирландский физик Джордж Фицджеральд независимо друг от друга предложили ранние формы этих преобразований, чтобы объяснить известный эксперимент, который показал, что свет может проходить сквозь пустое пространство.

Проблема состояла в том, что уравнения Лоренца и Фицджеральда были абсолютно правильными и давали верный ответ, но по неверной причине. Ученые неправильно истолковали происходящее, предположив, что измеряющий скорость света прибор оказывался растянутым в длину из-за своего движения сквозь таинственный «эфир», заполняющий все пространство. Великое достижение Эйнштейна заключалось в том, что он предложил простой постулат, с помощью которого смог дать верную интерпретацию физики. Он показал, что для распространения свету вовсе не нужен носитель – как в случае с водой и водяными волнами. Все встало на места, когда он смело предположил, что пучок света не только может проходить сквозь пустое пространство, но и обладает одинаковой скоростью, независимо оттого, как быстро мы двигаемся относительно него в момент проведения измерений.

В эту идею трудно поверить, но она чрезвычайно важна. Последовавшие за ней предположения, в частности о единстве пространства и времени, позволили нам объяснить получаемые экспериментальные результаты.

Таким образом, сжатие Лоренца – Фицджеральда оказалось верным – рассчитанные ими величины сошлись с результатами наблюдений, однако не по той причине, по которой они полагали. Эйнштейн дал верную интерпретацию. Мы ясно видим, что хорошая интерпретация ценна тем, что она подводит нас ближе к истине. Без удовлетворительной интерпретации мы до сих пор бродили бы в темноте, как бы хорошо наша теория не соотносилась с экспериментальной практикой.

Никто не смог предложить единственную и полностью удовлетворительную интерпретацию квантовой механики. Но означает ли это, что такой «верной» интерпретации не существует вовсе?

Еще одна идея копенгагенской интерпретации заключается в том, что должно существовать четкое разделение между измеряемой (квантовой) системой и макроскопическим измерительным прибором (описываемым по законам ньютоновской, или классической, механики). Следовательно, хотя последний и состоит из атомов, нельзя считать, что он в равной степени подчиняется квантовым законам. Акт измерения приводит к резкому скачку в состоянии измеряемой системы, которая превращается из комбинации потенциальных параметров в итоговый результат. Идею «коллапса волновой функции», происходящего после измерения, впервые в 1929 году предложил Гейзенберг.

Неудивительно, что теория не поддается логическому пониманию, так как для объяснения квантовой механики требуется прибегать к отчаянным мерам. Вероятно, большего здесь и не сказать. Теперь мне стоит перечислить свои претензии к копенгагенскому подходу, чтобы вы поняли, почему я – как и многие другие физики – полагаю, что ее время прошло.

Я вообще не считаю копенгагенскую интерпретацию настоящей интерпретацией. Это набор правил, которым мы должны подчиняться, чтобы применять квантовый формализм, не задумываясь о его значении. Следовательно, копенгагенская интерпретация не только не объясняет, как атом проходит сквозь две прорези одновременно, но и категорически заявляет, что сам этот вопрос не имеет никакого смысла, а потому нам стоит ограничить свои комментарии картиной интерференции на экране (то есть измерением). Копенгагенская интерпретация успешно устраняет логические противоречия и нестыковки, позволяя задавать лишь те вопросы, которые касаются результатов измерений.

Многие из тех, кто стоял у истоков копенгагенской интерпретации, в частности Бор, Гейзенберг и Вольфганг Паули, с некоторым презрением относились к последующим попыткам формирования физической картины квантового мира. Они считали их тщетной попыткой вернуться к устаревшему (ньютонианскому) способу мышления, который навсегда отошел в прошлое. Впоследствии Бор действительно даже отказывался смотреть на альтернативные интерпретации, вероятно, надеясь, что они просто пропадут сами собой. Гейзенберг тоже не принимал эти варианты, поскольку:

Он полагал, что формализм квантовой механики предопределяет существование лишь одной интерпретации, в то время как альтернативные подходы отличаются от нее одним только способом интерпретации математики, но не задействуют никакой другой физики. Не стоит и говорить, что я с ним не согласен, ведь таким взглядом может обладать лишь приверженец копенгагенской школы позитивизма!

Мое второе критическое замечание связано с тем, что копенгагенская интерпретация ничего не говорит о том, как происходит коллапс волновой функции. Время странным образом делится на периоды до и после измерения, которое проводится в отношении квантовой системы. Прежде чем мы установим наблюдение, оно развивается в соответствии с уравнением Шрёдингера. Это развитие – изменение волновой функции с течением времени – не предполагает ни неопределенности, ни вероятностей. Но, как только происходит измерение, нам приходится следовать совершенно другому набору правил, в связи с чем в дело вступают квантовые вероятности. Копенгагенская интерпретация не может и даже не пытается объяснить это различие между обычным физическим процессом и процессом измерения.

Наконец – и это, как мне кажется, самое важное, – наделяя наблюдателя таким привилегированным статусом, копенгагенская интерпретация отрицает наличие объективной реальности, которая существует в отсутствие наблюдения. Сторонники копенгагенского подхода часто обвиняют тех, кто до сих пор ищет интерпретации квантового формализма, в том, что они потерялись в метафизике, забыв об истинной физике. Однако, если «верная» интерпретация квантовой механики действительно существует, ее поиск представляет собой попытку объяснить, как на самом деле ведет себя природа. В то же время довольствоваться набором узкоспециальных правил, которым следует подчиняться, чтобы проводить вычисления, можно лишь временно.

Что же еще есть на рынке? И, если другие интерпретации в состоянии дать более рациональное и убедительное объяснение, почему большинство физиков по-прежнему предпочитают копенгагенский подход?

Нескольких отцов-основателей квантовой механики не устроило копенгагенское объяснение, которое они сочли лишь превалирующей догмой. С самого начала Эйнштейн, Шрёдингер и де Бройль изо всех сил пытались предложить встречные варианты интерпретации квантовой механики, но они не могли тягаться с талантом, напором и даром убеждения копенгагенской группы. Есть целый ряд свидетельств множества профессиональных споров Бора и Эйнштейна о смысле всего этого, и общепризнанно, что победил в этой дискуссии Бор. Однако это произошло лишь потому, что Эйнштейн настаивал на устранении всей квантовой странности. Теперь мы знаем, что это невозможно, но это не означает, что Бор был прав!

На самом деле первую серьезную альтернативу копенгагенской интерпретации предложил Луи де Бройль. Он назвал свой подход «принципом двойного решения», намекая на предложенный им синтез волнового и корпускулярного аспектов материи. Одной из ключевых вех в развитии квантовой механики стал состоявшийся в 1927 году в Брюсселе Сольвеевский конгресс. Считается, что никогда прежде столь многое не прояснялось таким малым количеством ученых за столь короткое время. На конгрессе присутствовали все ведущие физики-теоретики того времени, включая Эйнштейна и Бора.