Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания

Раз в несколько лет Эйнштейн торжественно объявлял о создании очередной единой теории, которая через какое-то время оказывалась неверной и потихоньку заменялась на новую. Начиная с 1920-х годов одной из главных его целей стал поиск детерминистической альтернативы вероятностной интерпретации квантовой теории, отстаиваемой копенгагенской школой: Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом, Максом Борном и другими учеными. Понимая, что эксперименты подтверждают верность квантовой теории, он, тем не менее, считал ее неполной. В глубине души Эйнштейн верил, что «Бог не играет в кости», как он сам однажды сказал, ставя вопрос о том, каким, на его взгляд, должно быть идеальное механистическое мироздание. Под «Богом» он подразумевал то же, что и голландский философ XVII века Бенедикт Спиноза, — проявление высшего естественного порядка. Спиноза считал, что Бог — это синоним Природы, он вечен и неизменен и не оставляет места случайности. Эйнштейн, соглашаясь со Спинозой, искал неизменные законы, управляющие механизмами природы. Он твердо намеревался доказать, что мир абсолютно детерминистичен.

Шрёдингер, эмигрировавший в 1940-х годах из оккупированной Австрии в Ирландию, как и Эйнштейн, не признавал общепринятую в то время интерпретацию квантовой механики и видел в Эйнштейне союзника. Эйнштейн также почувствовал в Шрёдингере родственную душу. После обмена идеями об объединении сил природы Шрёдингер неожиданно объявил о достигнутом им успехе, чем привлек к себе всеобщий интерес. В результате между ним и Эйнштейном произошел раскол.

Вы наверняка слышали о коте Шрёдингера — мысленном эксперименте, благодаря которому общественность так хорошо знает его автора. Но в то время, когда все случилось, об этом кошачьем парадоксе и его авторе знали только физики. Пресса представляла Шрёдингера просто амбициозным ученым, живущим в Дублине, который, возможно, превзошел самого Эйнштейна и нанес тому сокрушительный удар под дых.

Основным поставщиком информации была газета Irish Press, из которой общественность и узнала о головоломке Шрёдингера. Шрёдингер прислал в газету увесистый пресс-релиз с описанием своей новой «теории всего», в котором нескромно ставил свои открытия на один уровень с достижениями древнегреческого философа Демокрита (автора термина «атом»), древнеримского поэта Лукреция, французского философа Декарта, Спинозы и даже самого Эйнштейна. «Ученому не пристало рекламировать собственные достижения, — заявил газетчикам Шрёдингер, — но раз того хочет пресса, я предоставлю ей необходимые материалы»^{1}.

New York Times преподнесла эту новость как конфликт между бунтарским оригинальным методом и стагнацией во влиятельных физических кругах. «Нам неизвестно, как Шрёдингеру это удалось», — говорилось в статье^{2}.

На какой-то момент показалось, что практически никому не известному венскому физику удалось превзойти великого Эйнштейна и создать теорию, объясняющую все во Вселенной. «Возможно, — думали оторопевшие читатели, — настало время познакомиться со Шрёдингером поближе».

Страшная загадка

Сегодня при упоминании имени Шрёдингера в памяти сразу всплывают кот, ящик и парадокс. Его знаменитый мысленный эксперимент, опубликованный в 1935 году в рамках работы «Текущая ситуация в квантовой механике», представляется одним из самых жестоких в истории науки. Впервые услышав о нем, люди сначала ужасаются и тут же испытывают громадное облегчение, узнавая, что эксперимент — гипотетический и никогда не проводился на живом коте.

Шрёдингер предложил этот мысленный эксперимент в 1935 году в работе, посвященной исследованию феномена квантовой запутанности в физике. Квантовая запутанность (термин, введенный Шрёдингером) — это ситуация, когда две или несколько частиц описываются одним квантовым состоянием, то есть если что-то происходит с одной из частиц, это одновременно затрагивает и все остальные частицы.

Частично вдохновленная диалогом с Эйнштейном, загадка кота Шрёдингера проверяет на прочность принципы квантовой физики, предлагая нам представить судьбу кота, состояние которого запутано с состоянием частицы. Кот заперт в ящике, в котором находятся атом радиоактивного вещества, счетчик Гейгера и герметичный сосуд с ядом. Ящик закрыт на такой интервал времени, по истечении которого атом с вероятностью 50% может распасться с испусканием частицы. Аппарат сконструирован таким образом, что если счетчик Гейгера зарегистрирует порожденную в результате распада частицу, то сосуд с ядом разобьется и кот погибнет. Однако если распада не произойдет, то кот не пострадает.