Оксфордский физик утверждает: всё вокруг квантовое — включая вас

Мы привыкли думать, что квантовая механика — это про электроны, фотоны и другие крошечные частицы. Столы, стулья, люди ведут себя по классическим законам: они не находятся в двух местах одновременно, не проходят сквозь стены и не превращаются в волны. Но Влатко Ведрал, профессор квантовой информатики Оксфордского университета, утверждает: это фундаментальная ошибка. Вселенная квантована на всех масштабах. А парадоксы вроде «кота Шрёдингера» возникают только тогда, когда мы настаиваем на существовании классического мира вне квантовой механики.

В интервью Ведрал объясняет, что квантовая информация как область возникла в 1960–70-х годах. Тогда исследователи поняли: сколько информации можно закодировать в физической системе и как быстро её обработать — это не абстрактные математические законы, а следствие законов физики. Классическая физика не подходит для квантовых систем, а квантовая механика позволяет делать больше: хранить больше информации и обрабатывать её быстрее.

Ведрал критикует все существующие интерпретации квантовой механики, включая копенгагенскую. По его мнению, она требует внешней классической области для понимания квантового мира, а это внутренне противоречиво. Ближе всего к реальности, считает он, многомировая интерпретация, хотя ему не нравится её название. Суть в том, что вселенная квантована целиком, а не разделена на классическую и квантовую части. «Никакой гибридный подход — вселенная, наполовину классическая, наполовину квантовая, — не сможет описать все явления, которые мы знаем», — говорит он.

Ключевое различие в его картине — между классическими и квантовыми числами. Классическое число — это обычное действительное число, которым мы описываем скорость, массу, силу. Квантовое число, по Гейзенбергу, — это уже не одно число, а таблица, матрица, часто бесконечная. Гейзенберг предложил заменить классические числа этими матрицами в тех же уравнениях — и получил правильные результаты. Шрёдингер пошёл дальше и сделал всё волной. Но, подчёркивает Ведрал, эти волны не классические: их амплитуда — тоже квантовое число, матрица. Только соединив идеи Гейзенберга и Шрёдингера, можно получить, по его мнению, лучшую на сегодня картину реальности.

Почему же мы не видим квантовых эффектов у больших объектов? Ведрал отвечает: квантовая механика объясняет и это. Когда мы наблюдаем объект, наши квантовые числа — включая приборы, микроскопы, всё, что усиливает сигнал, — запутываются с квантовыми числами объекта. Именно это запутывание создаёт эффективно классическую реальность, в которой мы видим только один исход. Мы не видим объект в двух местах одновременно не потому, что квантовая механика перестаёт работать, а потому, что наше взаимодействие с ним приводит к корреляции, которая выглядит как классический результат. Это следствие квантовой механики, а не что-то, что нужно добавлять к ней извне.

Отдельно Ведрал говорит о квантовой гравитации. Почти все физики в этой области — теоретики, и их мало волнует, можно ли проверить их теорию. Для Ведрала это принципиально: без проверки квантовая гравитация превращается в философию. Он надеется, что эксперименты однажды покажут, что квантовая механика не выдерживает на этом уровне — это было бы гораздо интереснее, чем подтверждение его собственных ожиданий. «Природа может не согласиться с логикой», — говорит он.

В конце разговора Ведрал касается вопроса, что первично — математика или физика. Со времён Евклида математика считалась абстрактной. Но общая теория относительности показала: геометрия вселенной — вопрос эксперимента, а не аксиом. Квантовая информация добавила второй пример: законы информации и вычислений зависят от физики. Ведрал идёт дальше и предполагает: возможно, даже теория чисел — то, что мы имеем целые числа, — следствие квантовой механики. Это красивая идея, признаёт он, но пока только идея.

Вопрос, который остаётся: если всё квантовано, включая нас, то что именно в нашем опыте создаёт иллюзию классического мира? И можно ли найти эксперимент, который покажет, где эта иллюзия ломается?