Квантовая механика описывает наши отношения с реальностью, а не саму реальность

Мы не зрители квантового мира.

Физик Энтони Валентини недавно утверждал в IAI News, что квантовая механика — это прямое, хотя и неполное, описание материальной реальности. Сегодня философ и бывший директор исследований в знаменитом Французском национальном центре научных исследований Мишель Битболь представляет противоположную точку зрения. Учёные, утверждает он, ошибочно полагают, что квантовая механика должна быть либо неполным описанием детерминированной реальности, либо полным описанием подлинно случайной реальности. Третий вариант, слишком часто игнорируемый, состоит в том, что квантовая механика вообще не является описанием внешней реальности, а представляет собой инструмент для предсказания нашего «создания» собственного опыта и идей о реальности. Случайность в квантовой теории — это мера свободы, которой мы обладаем, создавая таким образом свой мир.

Столько ошеломляющих технологических достижений проистекает из квантовой физики, что трудно поверить, будто она покоится на наборе негативных черт. Вот три из них.

Непредсказуемость. Отдельные события на микроскопическом уровне, как правило, непредсказуемы, за исключением ограниченной степени, допускаемой вероятностными оценками.

Неопределённость. Некоторые пары свойств частицы, такие как её положение и импульс, не могут быть известны одновременно с произвольной точностью (соотношения неопределённостей Гейзенберга).

Информационная ограниченность. Согласно аксиоме, предложенной как основа для вывода формализма квантовой механики, существует максимальное количество значимой информации, которое можно извлечь из физической системы.

К удовлетворению физиков, эти негативные черты не мешают предсказательной силе и объяснительной способности теории; именно они и обеспечивают её чрезвычайные количественные успехи. Одно из самых замечательных её достижений — предсказание ненулевой минимальной энергии, которое следует из неопределённости Гейзенберга. Это, среди прочего, означает, что даже вакуум оказывает измеримое давление на близко расположенные проводящие пластины — явление, известное как эффект Казимира.

Но философы и многие физики того времени, бывшие философами в душе, стремились заглянуть за практические успехи теории и понять смысл её негативных черт. Соответственно, в начальный период квантовой теории век назад дебаты среди её пионеров сосредоточились в основном на происхождении «индетерминизма», который, казалось, её пронизывал.

Варианты казались простыми и согласованными с обычной дуалистической теорией познания: источник неопределённости искали либо в субъекте, либо в объекте, в человеческом наблюдателе или наблюдаемом мире, в конечном знании или неисчерпаемой реальности. Соответственно, когда на знаменитой Сольвеевской конференции в Брюсселе в октябре 1927 года, собравшей создателей квантовой механики, обсуждался случайный характер отдельных событий, одни ссылались на «выбор наблюдателя», другие говорили о «выборе природы». Дилемма отразилась и в трёх словах, которые Гейзенберг нерешительно использовал для характеристики своих соотношений: выражают ли они лишь нашу неуверенность (Unsicherheit) или неточность (Ungenauigkeit) относительно реальности, которая в остальном детерминирована? Или они раскрывают подлинную неопределённость (Unbestimmtheit) природы?

Дилемма стала ещё более явной в драматическом споре между Альбертом Эйнштейном и «копенгагенской школой» (представленной главным образом Нильсом Бором, Вернером Гейзенбергом и Максом Борном) о том, является ли природа фундаментально детерминированной или индетерминированной. Гейзенберг и Борн утверждали, что вероятностный характер квантового формализма знаменует окончательный крах причинности и детерминизма в микрофизике. Эйнштейн, напротив, настаивал, что эти вероятности лишь отражают наше незнание индивидуальных лежащих в основе детерминированных процессов, и что квантовую механику следует поэтому рассматривать как неполное, лишь статистическое описание природы. Этот спор перекликался с разногласием о статусе самих вероятностей. Представляют ли вероятности объективные атрибуты неопределённой реальности — будь то наблюдаемые частоты или внутренние склонности? Или они выражают наши субъективные ожидания относительно событий, которые могут быть или не быть детерминированными, но причины которых остаются нам неизвестными?

Но в то время начал звучать диссидентский голос, предполагавший угасание дуалистической дилеммы. Внимание сместилось к транзакции между двумя полюсами знания, выходя за пределы их противопоставления к интерфейсу между ними. Вернер Гейзенберг настаивал, что квантовую механику не следует рассматривать как образ природы, а как описание наших отношений с природой. Бор также утверждал, что мы актёры, а не зрители драмы природы, — то есть сама идея, что мы можем обойти свою вовлечённость в природу и встать вне неё, чтобы нарисовать её внешнюю картину, ошибочна. Она ошибочна потому, что ненулевое значение постоянной Планка накладывает количественный предел на наше отделение от того, что мы наблюдаем, — ещё одна негативная черта квантовой области. В этих обстоятельствах не может ли сама квантовая неопределённость быть характеристикой неразделимости наблюдателя и наблюдаемого, а не того или другого по отдельности?

Наша неразделимость с миром накладывает абсолютные пределы на наше знание о нём.

Последний взгляд уже был неявно заложен в одном из фундаментальных постулатов, необходимых для «квантования» классической теории, то есть для превращения её в квантовый аналог. Это некоммутативность наблюдаемых, масштаб которой снова задаётся постоянной Планка. Оставалось лишь расшифровать этот постулат, чтобы раскрыть неслыханное понимание квантовой неопределённости, которое он за собой влечёт. Грубо говоря, тот факт, что две наблюдаемые не коммутируют, означает, что результаты последовательных измерений зависят от порядка, в котором эти измерения производятся. И эта зависимость от порядка раскрывает, что результаты квантовых измерений не могут, вообще говоря, быть поняты независимо от экспериментального контекста, в котором они получены.

Ещё в 1929 году было показано, что соотношения Гейзенберга могут быть выведены из некоммутативности наблюдаемых. В этом свете вывод кажется безошибочным: квантовая неопределённость проистекает из фундаментального предела на наше отделение от того, что мы наблюдаем.

Этот урок, однако, был далеко не сразу принят в десятилетия после появления квантовой механики. Большинство практиков «стандартной квантовой механики» были безразличны к смыслу квантовой неопределённости. А несколько видных мыслителей применили замечательную теоретическую изобретательность, пытаясь показать, что квантовая механика является либо неполной статистической аппроксимацией более глубокого детерминированного слоя реальности (как хотел Эйнштейн), либо верным описанием внутренне недетерминированной реальности.

На стороне внутреннего детерминизма Дэвид Бом в 1952 году предложил знаменитую модель нелокальных детерминированных «скрытых переменных», воспроизводящую предсказания квантовой механики. Несколько лет спустя Луи де Бройль предположил, что кажущийся индетерминизм квантовой механики проистекает из взаимодействия частиц со скрытым «субквантовым термостатом». Частицы здесь испытывают флуктуации, вызванные лежащей в основе детерминированной субквантовой динамикой, аналогично броуновскому движению мезоскопических частиц, вызванному молекулярными ударами.

На стороне внутреннего индетерминизма недавно была сформулирована элегантная теория Джейкобом Барандесом. Согласно ему, квантовые предсказания можно восстановить, предположив, что частицы претерпевают непрерывные, внутренне случайные, «неделимые» процессы. Эти процессы не могут быть разделены на последовательность независимых стохастических шагов, которые, таким образом, ведут себя так, как будто сохраняют память о своём прошлом, в отличие от обычных марковских процессов.

Но что произойдёт, если мы не удовлетворимся постулированием похожего на память поведения случайных процессов как черты реальности-в-себе, а попытаемся понять, что могло бы его объяснить? Здесь некоммутативность квантовых наблюдаемых даёт ключ: при последовательных измерениях несовместимых наблюдаемых изменение того, какая наблюдаемая измеряется первой, может изменить статистику последующего измерения. Это позволяет предположить различие между двумя смыслами, в которых прошлое, по-видимому, имеет значение. Процесс может обладать внутренней памятью о том, что произошло раньше. Но то, что произошло раньше, может также иметь значение просто потому, что текущий контекст, в котором производятся события, был установлен в непосредственном прошлом. Проиллюстрирую это знакомым примером. Я спрашиваю нескольких людей, не хотят ли они мороженого, и подавляющее большинство отвечает «да». Статистически доминирующий ответ можно объяснить исключительно их памятью о том, что они любят мороженое. Но он может вместо этого в значительной степени зависеть от текущего погодного контекста, в котором я задаю вопрос: сегодняшней жары.

Урок ранних дней квантовой теории состоял в том, что квантовая неопределённость — это признак (нашей) неразделимости с миром. Это прозрение, возможно, было на время заметено под ковёр, но, как мы только что видели, оно упрямо возвращается в различных обличьях.

Возрождение тезиса, связывающего неразделимость и неопределённость, вряд ли удивительно, поскольку, как мы сейчас увидим, его философские основания простираются далеко за пределы квантовой физики, в саму природу знания и природу бытия (эпистемологию и онтологию). Знаменательно, что эта связь может быть увидена одновременно с обеих перспектив — эпистемологической и онтологической, — преодолевая таким образом традиционную дуалистическую оппозицию, которая приписывала бы неопределённость либо несовершенному знанию, либо черте бытия.

Экспериментальное событие не является раскрытием предсуществующей реальности. Это акт творения.

Одно из его наиболее ясных на первый взгляд эпистемологических утверждений было предложено Карлом Поппером в книге, написанной в середине 1950-х годов. Поппер показывает, что наша неразделимость с миром накладывает абсолютные пределы на наше знание о нём. Но поскольку эти пределы действительно непреодолимы, а не просто случайны, их можно также представить как конститутивную черту Бытия целого, которое мы образуем с миром. Мы разовьём этот альтернативный онтологический взгляд самостоятельно позже, но сначала обратимся к эпистемологическому аргументу Поппера.

Рассуждение таково: поскольку предсказатель встроен в природный процесс, который он стремится предсказать, замечает Поппер, само предсказание становится причинным фактором, изменяющим будущее состояние, которое оно призвано предсказать. Полное предсказание должно было бы поэтому предсказать само себя и свои последствия, делая совершенное предсказание в принципе невозможным, независимо от того, являются ли (гипотетические) законы, управляющие этими процессами, детерминированными или индетерминированными.

Ещё раньше, в 1930-х годах, похожие аргументы были сформулированы в двух философиях вероятности. Одна принадлежала Бруно де Финетти; другая — Жану Кавайесу. Например, Кавайес поразительно сплетает вместе две нити нашего теперь уже знакомого аргумента, а именно (1) нашу «вставленность» в природу через действие и (2) вероятность как ставку в качестве неизбежного основания науки:

«Знать мир — значит держать пари — держать пари, что определённые действия увенчаются успехом... Именно закон интереса ведёт нас: вставить себя в природу, жить внутри становления... (Но если, действительно) каждый физический закон — не более чем ставка для действия, скандал вероятности прекращается; далеко от того, чтобы быть неадекватной заменой нашей способности знать, она является самим типом... всей научной деятельности».

Однако наиболее релевантная формулировка этой идеи сложилась в квантовом байесианстве (Quantum Bayesianism, QBism), субъективистской и вероятностной интерпретации квантовой механики. Согласно QBism, квантовая механика — это нормативная схема, которая направляет агентов в приписывании, на основе предшествующего опыта, вероятностей возможным будущим переживаниям, вытекающим из их экспериментальных действий. Критически важно, что это должно быть дополнено признанием того, что экспериментальное событие не является раскрытием предсуществующей реальности. Это акт творения: результат глубоко переплетённой транзакции, которая порождает новый опыт для агента вместе с явным объектом этого опыта. Здесь индетерминизм можно понять как проистекающий из того факта, что экспериментальные результаты не даны заранее, а возникают через наше активное взаимодействие с тем, что мы стремимся познать. Иными словами, неизбежность вероятности в основе физики связана с участием агента в его среде — тем, что Джон Уилер назвал «участием наблюдателя».

Развивая онтологическое следствие этого подхода дальше, можно сказать, что неопределённость выражает последствия основательной встроенности нашего бытия в мир — встроенности настолько органичной, что она напоминает нашу телесность, то, как мы интимно причастны к жизни собственных тел. Соответственно, я называю этот порождающий неопределённость способ бытия встроенным, «en-worldment».

Среди философов Морис Мерло-Понти дал этому онтологическому повороту наиболее полное выражение. Его целью было преодолеть традиционный дуализм между чувствующими субъектами и ощущаемыми объектами через проницательный феноменологический анализ человеческого опыта. Внимательное отношение к опыту раскрывает двусторонний способ бытия, который Мерло-Понти назвал «плотью». Действительно, наша телесная плоть обладает способностью служить попеременно чувствующим и ощущаемым, тем самым соединяя то, что традиционно держат врозь.

Но Мерло-Понти не остановился на этом: он универсализировал этот двухаспектный способ бытия до того, что назвал «плотью мира». Нужна небольшая экстраполяция, чтобы распознать здесь предположение о мире, соразмерном опыту, даже когда опыт рефлексируется лишь с локальной перспективы нашего живого тела. Я называю это предположение «en-experiencing the world», которое дополняет «en-worldment» опыта.

Заменяя стандартное отношение лицом к лицу между знающим и знаемым на партиципаторный, иммерсивный и даже взаимно сливающийся способ бытия, Мерло-Понти мог легко сделать врождённый индетерминизм квантовой механики понятным. «Вероятность здесь входит в текстуру реальности», — заявил он. Но это не означает, что природа сама по себе неопределённа: чтобы понять неизбежность вероятностей, нам нужно лишь признать, что «квантовая физика... вносит контакт между наблюдателем и наблюдаемым в само своё определение „реальности“».

Подводя итог, квантовый индетерминизм следует понимать как недвусмысленный знак нашей связи с тканью мира — связи не только плотской, но и экологической. Вывод поразителен: помимо своей привычной склонности рассматривать экосистемы как лишь один объект знания среди других, естественные науки столкнулись с пределом, который раскрывает их собственное экологическое основание.