Несмотря на потрясающие достижения квантовой механики, если немного внимательнее взглянуть на то, что мы узнаем о микрокосме, можно легко сойти с ума. Мы спрашиваем себя: «Ну как же так? Может, что-то до меня просто не доходит?» По правде говоря, никто этого наверняка не знает. Мы даже не знаем, может ли еще что-то до нас «дойти». Физики обычно употребляют для описания квантового мира термины вроде «странный», «причудливый» или «контринтуитивный». Ибо, несмотря на то что сама теория поразительно точна и логична с математической точки зрения, все ее численные величины, символы и прогностическая сила – всего лишь фасад, за которым скрывается реальность, и с ней нам чрезвычайно трудно согласовать наш опыт и здравый взгляд на окружающий мир.

Однако из этого тупика есть выход. Поскольку квантовая механика так замечательно объясняет субатомный мир и поскольку она построена на таком совершенном и мощном математическом основании, оказывается, что мы вполне можем с ней справиться, если узнаем, как пользоваться ее правилами в прогностических целях и использовать этот мир для разработки новых технологий, пусть даже философы в отчаянии заламывают руки и неодобрительно качают головами. В конце концов, ноутбук, на котором я сейчас печатаю этот текст, не появился бы на свет, если бы на основе квантовой механики не возникла современная электроника. Но когда мы посмотрим на вещи с прагматической точки зрения, придется принять, что сами мы становимся не более чем элементом квантовой механики – практиками и лаборантами, которые не обращают внимания на то, как и почему квантовый мир ведет себя таким образом, а просто принимают его как есть и двигаются дальше. А я всеми фибрами своей души чувствую, что для физиков это должно быть по-другому. Разве их главной задачей не является объяснение мира? Квантовая механика без интерпретации уравнений и символов является просто математическим аппаратом, который позволяет рассчитать и прогнозировать результаты экспериментов. Этого недостаточно. Физика должна показывать, как результаты опытов объясняют реальный мир.

Многие физики могут не согласиться с этим утверждением, как, собственно, и один из величайших мыслителей в истории науки, отец квантовой механики Нильс Бор. Он обладал таким влиянием, что сейчас, когда я это пишу, я не могу не чувствовать некоторой вины из-за несогласия с одним из тех, перед кем я всегда преклонялся. И все же я не готов отказаться от своих убеждений. Несомненно, философские взгляды Бора определили то, как несколько поколений физиков относятся к квантовой механике; одновременно, по мнению многих, они в чем-то препятствовали и замедляли прогресс в этой области. Бор утверждал, что физика должна заниматься не познанием сути явлений природы, а только тем, что можно сказать об этих явлениях, об «аспектах нашего существования». Эти два противоположных взгляда, онтологический и эпистемологический, оба могут быть правильными: то, что физики говорят о сути явлений природы даже в квантовом масштабе, должно соответствовать тому, что эта природа собой представляет, или быть максимально приближенным. В конечном счете я всегда выступаю на стороне «реалистов», хотя иногда меня гложут серьезные сомнения.

С другой стороны, нас подстерегает опасность направить все наше внимание на странность квантовой механики и проглядеть ее мощный потенциал в качестве научной теории. Ибо такое внимание привлекает шарлатанов, как яркий свет – мотыльков. Самые неожиданные на первый взгляд предположения и теории, сделанные на основе данных квантовой механики, – например, идея запутанности, когда отдельные частицы мгновенно объединяются в пространстве, – в течение многих лет представляли собой источник для всякого рода псевдонаучной чепухи, начиная с телепатии и заканчивая гомеопатией. Целые поколения физиков воспитывались на прагматической догме Бора, извечной, как сама Копенгагенская школа квантовой механики (она названа в честь города, где расположен знаменитый Институт теоретической физики Нильса Бора). Именно здесь в середине 1920-х годов были разработаны математические основы этой теории – что отчасти связано с попыткой избежать философских рассуждений, перетекающих в разный постмодернистский вздор.

Как и всем, кто изучал физику в одно время со мной, квантовую механику начинали преподавать с введения в историю развития этой теории и работ Планка, Эйнштейна, Бора и прочих. Но я очень быстро перешел к изучению математического аппарата (инструментария), который был необходим для разработки теории. Одновременно мне пришлось постичь кучу понятий, названных в честь их отцов-основателей: правило Бора, уравнение Шредингера, принцип неопределенности Гейзенберга, принцип запрета Паули, нотацию Дирака, диаграммы Фейнмана… список можно продолжать. И хотя, если мы хотим понять квантовый мир, все это достаточно важно, не менее важно и то, чего мы не изучали, – то, о чем эти великие физики всю свою жизнь вели споры и философские дебаты, да так и не решили.

Трудности понимания квантовой механики во многом завязаны на так называемой «проблеме измерения». Почему же, когда мы осуществляем измерения, этот эфемерный квантовый мир вдруг оказывается в фокусе? Где пролегает граница между квантовым и классическим миром – между тем, что само по себе не обладает четкими характеристиками, и тем, что мы можем увидеть и измерить? Многие отцы-основатели, включая Нильса Бора, Вернера Гейзенберга и Вольфганга Паули, считали, что задумываться на эту тему нет смысла, и придерживались принципов Копенгагенской школы, о которой я писал выше. Они удовлетворились тем, что разделили мир на квантовый и классический, не оговаривая, как при проведении измерений один мир способен перетекать в другой. Они считали, что квантовая механика и так работает, и этого достаточно. Но такой позитивистский подход может помешать прогрессу науки. Хотя он помогает нам лучше понять некоторые явления и даже разрабатывать новые технологии, он не дает настоящего понимания.

История науки изобилует подходами такого рода. Один из наглядных примеров – древняя космология. В течение двух тысячелетий, со времен античности до зарождения современной науки, почти повсеместно была распространена геоцентрическая модель Вселенной, согласно которой Земля является центром космоса, а Солнце со всеми другими планетами и звездами вращается вокруг нее. Защитник позитивистского подхода в те времена сказал бы, что, поскольку эта модель позволяет хорошо предсказывать движение небесных тел, не нужно искать альтернативных объяснений, как и почему они движутся по небу так, как мы это наблюдаем. Действительно, было время, когда геоцентрическая модель казалась более точной для объяснения астрономических явлений, чем правильная и гораздо более простая гелиоцентрическая модель Коперника. Но интерпретация теории определенным образом, связанная только с тем, что в этом виде «она работает», – это интеллектуальная леность, что, безусловно, не соответствует сути физики. То же должно относиться и к квантовой механике. Известный квантовый физик Джон Белл как-то сказал, что цель физики – понять мир и «видеть цель квантовой механики в том, чтобы служить подпоркой для лабораторных экспериментов – значит, предать саму суть этой науки».

К сожалению, даже сегодня слишком много физиков этого не понимают; это еще один аргумент в пользу того, что философия – не просто переливание из пустого в порожнее, она способствует продвижению науки. Если бы вам пришлось проводить опрос физиков, занимающихся квантовой механикой (по крайней мере тех, кто к ней неравнодушен), вы бы обнаружили, что в большинстве своем они все еще придерживаются принципов Копенгагенской школы. Однако все чаще ученые отмечают в таком подходе отрицание значимости физики и готовы поддерживать иные взгляды, например такие экзотические идеи, как теория множества вселенных, скрытых переменных, динамического коллапса, последовательных историй, квантового байесианства или реляционной квантовой механики – и это еще не полный список. Никто не знает, какой из этих способов описания действительности верен в квантовом масштабе. Все они работают, все до сих пор давали одни и те же прогнозы относительно результатов экспериментов и наблюдений,и все они имеют одну и ту же математическую основу. Иногда сторонники этих теорий относятся к ним как к идеологическим догмам, почти как к религии, и в этом случае наука замирает на мертвой точке.

И все же в попытках понять квантовый мир намечается хоть и медленный, но прогресс. Экспериментальные методики становятся все изощреннее, а некоторые теории отбрасываются вообще. Есть надежда, что однажды мы познаем, как Природа колдует над своим квантовым волшебством. Если вам это кажется разумным, то многие физики с вами не согласятся. Позитивисты утверждают, что наука есть не более чем инструмент для прогнозирования исхода экспериментов, а тем, кто хочет знать, что именно квантовая механика сообщает нам о действительности, и разглядеть смысл в соответствующем математическом аппарате, лучше заниматься не физикой, а философией. По правде говоря, не все сторонники позитивистского копенгагенского подхода пренебрегают попытками взглянуть на проблему поглубже. В начале 2000-х годов появилась новая антиреалистическая интерпретация под названием «квантовое байесианство» (или «кубизм»), сторонники которого считают реальность совершенно субъективным, иногда даже личным опытом. Критики приравнивают эту интерпретацию к солипсизму.

Выбор интерпретации квантовой механики не должен сводиться к вопросу о философских предпочтениях. Тот факт, что все они дают одинаковые прогнозы о состоянии мира, не означает, что все они эквивалентны друг другу или что можно выбрать любую, повинуясь собственному капризу. Объяснение определенного аспекта действительности посредством физики – двухступенчатый процесс. Во-первых, мы должны найти соответствующую математическую теорию, которая может оказаться верной или неверной. Допустим, мы считаем ее верной – как, например, эйнштейновское уравнение поля в теории общей относительности или уравнение Шредингера в квантовой механике. Во-вторых, нам понадобится метод интерпретации или объяснения того, что значит эта математика. Без этого нам не удастся объединить символы и уравнения с физической Вселенной, как бы они нам ни нравились с эстетической точки зрения. И эта правильная интерпретация столь же важна, как правильная математическая теория.

Разные интерпретации квантовой механики рисуют весьма различные картины реальности: либо существуют параллельные вселенные (теория множества вселенных), либо нет; либо существует нелокальное квантовое поле (теория скрытых переменных), либо нет. Природе наплевать на наши мелкие свары по поводу квантовой механики – она существует независимо от наших представлений о ней. Если у нас есть проблема с согласованием взглядов по поводу поведения квантового мира, то это наша проблема. Так считал Эйнштейн. Он тоже был реалистом. Он полагал, что физика должна описывать, каков мир на самом деле, и, если существует больше одного описания, которое соответствует математике квантовой механики, нам нельзя успокаиваться на достигнутом. Похоже, что в этом отношении я попал в хорошую компанию.