Один из самых недоуменных аспектов квантовой механики заключается в том, что крошечные субатомные частицы, похоже, не "выбирают" состояние, пока внешний наблюдатель не измерит его. Акт измерения преобразует все неопределенные возможности того, что может произойти, в определенный, конкретный результат. Хотя математика квантовой механики предоставляет правила для того, как работает этот процесс, эта математика не объясняет, что это означает на практике.
Одна из идей заключается в том, что сознание — осознание собственной сущности и влияния, которое мы оказываем на наше окружение — играет ключевую роль в измерении, и что именно наш опыт во Вселенной превращает ее из просто воображаемой в действительно реальную.
Но если это так, то возможно ли, что человеческое сознание может объяснить некоторые странности квантовой механики?
Квантовое измерение
Квантовая механика - это правила, которые управляют зоопарком субатомных частиц, составляющих Вселенную. Квантовая механика говорит нам, что мы живем в фундаментальном недетерминированном мире. Другими словами, по крайней мере, когда речь идет о мире крошечных частиц, невозможно, независимо от того, насколько умны ученые при разработке эксперимента или насколько идеально они знают начальные условия эксперимента, с уверенностью предсказать результат любого эксперимента. Знаете силу, действующую на протон? Не существует определенного места, где он наверняка окажется через несколько секунд — есть только набор вероятностей того, где он может оказаться.
К счастью, этот индетерминизм проявляется только в субатомном мире; в макроскопическом мире все работает по детерминированным законам физики (и нет, мы точно не знаем, почему происходит такое разделение, но это проблема для другого дня).
Когда физики проводят эксперимент с квантовыми системами (например, пытаются измерить энергетические уровни электрона в атоме), они никогда не уверены, какой ответ они получат. Вместо этого уравнения квантовой механики предсказывают вероятности этих энергетических уровней. Однако как только ученые проводят эксперимент, они получают один из этих результатов, и внезапно Вселенная снова становится детерминированной; как только ученые узнают энергетический уровень электрона, например, они точно знают, что он будет делать, потому что его "волновая функция" разрушается, и частица выбирает определенный энергетический уровень.
Этот переход от индетерминизма к детерминизму является откровенно странным, и в физике нет другой теории, которая действовала бы подобным образом. Что делает акт измерения таким особенным? Во Вселенной постоянно происходят мириады квантовых взаимодействий. Так происходит ли в этих взаимодействиях такое же переключение, даже когда никто не смотрит?
Роль сознания
Стандартная интерпретация квантовой механики, известная как копенгагенская интерпретация, гласит, что нужно игнорировать все это и просто сосредоточиться на получении результатов. Согласно этой интерпретации, субатомный мир принципиально непостижим, и люди не должны пытаться составить целостную картину происходящего. Вместо этого ученые должны считать, что им повезло, что они хотя бы могут делать предсказания с помощью уравнений квантовой механики.
Но многих людей это не удовлетворяет. Кажется, что в процессе измерения есть что-то невероятно особенное, что проявляется только в квантовой теории. Эта особенность становится еще более поразительной, если сравнить измерение, скажем, с любым другим взаимодействием.
Например, в далеком газовом облаке, глубоко в просторах межзвездного пространства, никого нет; никто не наблюдает. Если в этом газовом облаке два атома столкнутся друг с другом, то это будет квантовое взаимодействие, поэтому к нему должны применяться правила квантовой механики. Но нет ни "измерения", ни результата — это просто одно из триллионов случайных взаимодействий, происходящих каждый день, не наблюдаемых человеком. И поэтому правила квантовой механики говорят нам, что взаимодействие остается недетерминированным.
Но если те же два атома столкнутся в лаборатории, ученые смогут измерить и записать, что произошло. Поскольку произошло измерение, те же правила квантовой механики говорят нам, что индетерминизм перевернулся и стал детерминизмом — именно это позволило мне записать конкретный результат.
Чем отличаются эти два случая? В обоих случаях субатомные частицы взаимодействуют с другими субатомными частицами. И каждый шаг процесса измерения включает субатомные частицы на определенном уровне, поэтому здесь не должно быть выхода из обычных квантовых правил, которые говорят, что результат должен быть неопределенным.
Некоторые теоретики, такие как пионер квантовой физики Юджин Вигнер (откроется в новой вкладке), указывают, что единственное различие между этими двумя сценариями заключается в том, что один из них предполагает наличие сознательного, мыслящего наблюдателя, а другой - нет. Таким образом, то, что в квантовой механике называется "коллапсом" (переход от недетерминированных вероятностей к конкретному результату), зависит от сознания.
Мечты о Вселенной
Поскольку сознание так важно для человека, мы склонны думать, что в нем есть что-то особенное. В конце концов, животные - единственные известные сознательные сущности, населяющие Вселенную. И один из способов интерпретации правил квантовой механики заключается в том, чтобы следовать вышеупомянутой логике до ее крайнего предела: То, что мы называем измерением, на самом деле является вмешательством сознательного агента в цепь обыденных субатомных взаимодействий.
Такое мышление требует, чтобы сознание отличалось от всей остальной физики во Вселенной. В противном случае ученые могли бы утверждать (и утверждают), что сознание само по себе является просто суммой различных субатомных взаимодействий. Если это так, то нет конечной точки в цепи измерений. А если так, то то, что ученые делают в лаборатории, на самом деле ничем не отличается от того, что происходит в случайных газовых облаках.
Хотя это не совсем физическая теория, концепция сознания как иного и отдельного от материальной вселенной имеет давнюю традицию в философии и теологии.
Однако пока кто-нибудь не придумает способ проверить эту концепцию сознания как отдельную от остальных физических законов в научном эксперименте, ей придется оставаться в сфере философии и спекуляций.
Это часть продолжающейся серии, описывающей потенциальные интерпретации квантовой механики.
