Квантовое колдовство

Если наука нас чему-то и научила, то тому, что здравый смысл является не слишком надежным инструментом исследования природы. В глазах ученого мир может казаться крайне причудливым. "Здравый смысл" жестко заложен в наш мозг в ходе эволюции, он призван решать проблемы, обычные для африканской саванны, где началась история человеческого рода. То, что было полезным для объяснения непосредственного окружения в то время (от метания копий до нападения львов), не обязательно подойдет для создания объективной картины современного мира.

Самый характерный пример - вера в то, что Солнце вращается вокруг Земли, "очевидный" вывод, подтверждаемый опытом миллиардов людей каждый день, но, конечно, он неверен. Если снайпер выронит пулю и одновременно с той же высоты выстрелит из винтовки горизонтально, то пули упадут на землю одновременно (если отбросить сопротивление воздуха) - импульс, приданный взрывом пороха, никак не влияет на движение пули по вертикали. Однако большинство людей примут точку зрения здравого смысла: конечно, пуля, выстреленная из винтовки, достигнет земли первой. Наш мозг - не лучший инструмент для работы с вероятностями. Подбросьте монетку шесть раз: многие подумают, что после первой выпавшей решки скорее всего будут выпадать и орлы и решки - шесть решек подряд маловероятны. И они окажутся неправы.

Разрыв между здравым смыслом и наукой в большой степени связан с математикой. Взгляните на наиболее успешную область науки, квантовую теорию, которая дает нам математическое описание мира, - при переводе на язык повседневных представлений она вызывает у нас головную боль и противоречит здравому смыслу. В обычном мире мы ожидаем, что у каждого следствия есть своя причина. Однако в квантовых явлениях допускаются непредсказуемые прыжки, "квантовые скачки".

В повседневном мире кажется, что нет пределов тому, насколько точно мы можем измерить свойства объекта, например вес или размеры ведьминской метлы. Это не так в квантовом мире. Принцип неопределенности, открытый Вернером Гейзенбергом в 1927 году, гласит, что измерения некоторых пар величин, например местоположения и импульса, можно выполнить лишь с некоторой определенной степенью точности и никак не точнее. Согласно этой неприятной и противоречащей интуиции теории, все физические объекты по сути своей являются привидениями, призрачными, как духи, населяющие Хогвартс. Они существуют в сумеречном состоянии, в так называемой "суперпозиции" (комбинации) вероятностей нахождения в определенном месте и обладания некоторой скоростью. Только когда над объектом проводится измерение, мы получаем сведения о конкретных значениях его наблюдаемых свойств.

Частицы вещества являются волнами энергии, а волны являются частицами. Каждая из них может проявляться в той или иной ипостаси, в зависимости оттого, какое измерение мы проводим. Еще более странно, что частица, перемещающаяся между двумя точками в пространстве, проходит все возможные пути из одной точки в другую одновременно. В действительности поведение частиц, находящихся на противоположных краях Вселенной, нельзя описать только с помощью квантовых законов. Не бойтесь всего этого: даже великий Альберт Эйнштейн, ставший одним из создателей квантовой механики век назад, приобрел сильное неприятие этой темы.

Я так набросился на ваш здравый смысл для того, чтобы показать, что целью науки является разумное стремление понять устройство мира, а базовой предпосылкой стало вполне логичное предположение, что вещи типа обычных столов являются такими, какими мы их видим, и что мы наблюдаем их непосредственно. Однако в ходе научных исследований этот здравый смысл уступил дорогу довольно нелогичному представлению о столах как об объектах, состоящих из невидимых частиц, которые мы можем воспринимать только опосредованно, видя другие частицы (фотоны), которые ударяются о нашу сетчатку. Как однажды сказал британский ученый лорд Холдейн: "Я сильно подозреваю, что наша Вселенная не просто более причудлива, чем мы предполагаем, но гораздо более причудлива, чем мы вообще можем предположить".

Так как здравый смысл нарушается, то самые дикие магические верования в действительности уже не кажутся настолько отличными от научных теорий, лелеемых учеными. Является ли теория создания, согласно которой Вселенная родилась миллиарды лет назад при Большом взрыве, более правдоподобной, чем представление о колдуне, материализующемся из камина. В иудейско-христианском мировоззрении творение начинается с пустоты, и это ничуть не более странно, чем современная космологическая теория, согласно которой наш мир начинается из абсолютного ничто, где отсутствовало даже само пространство. Не удивительно, что вера в магические способности и сверхъестественные силы была общей для всех культур, начиная с зарождения человечества.

Роджер Хайфилд

Проза жизни • "Гарри Поттер" и наука: Настоящее волшебство