Согласно квантовой механике, то, что мы способны наблюдать в окружающем
мире, представляет собой лишь крохотное подмножество того, что на самом
деле существует.
Попытки объяснить данный принцип зачастую всего лишь размывают его до
полной неузнаваемости . «Это как тот ваш друг с чудесной улыбкой, которого
как ни сфотографируешь — улыбка куда-то пропадает» . В действительности
квантовая механика намного содержательнее . В классическом мире могут воз-
никать сложности с тем, чтобы точно измерить какую-то величину; необходимо
соблюдать крайнюю осторожность, чтобы не потревожить изучаемую систему .
Однако ничто в классической физике не запрещает нам проявлять такую осто-
рожность . В квантовой механике, с другой стороны, существует непреодолимое
препятствие, из-за которого полные и при этом неразрушающие наблюдения
физической системы нам недоступны . Это попросту в общем случае невозможно .
Что именно происходит, когда вы пытаетесь пронаблюдать за каким-то объектом
или системой, и что можно считать фактическим «измерением» — вот основные
вопросы . Эта загадка носит крайне полезное название «проблемы измерения»
(с тем же успехом «проблемой с машиной» можно было бы назвать ситуацию,
когда автомобиль падает с утеса и, пролетая несколько сотен футов, разбивается
о скалы на мелкие кусочки) . В успешных физических теориях не должно суще-
ствовать подобных неопределенностей; четкие определения — это главное, что
нас в них интересует . Квантовая механика, несмотря на ее несомненную успеш-
ность, пока что такого уровня ясности не достигла .
Тем не менее это вовсе не означает, что наука пошла вразнос или что за-
гадками квантовой механики можно оправдывать любые свои убеждения .
В частности, квантовая механика не утверждает, что вы способны менять реаль-
ность, просто думая о ней, или что современная физика всего лишь заново
открыла мудрость древних буддистов .2 Правила существуют, и мы знаем, как 
Глава 11 . Квантовое время
313
они действуют в условиях, представляющих интерес для нашей повседневной
жизни . Однако нам хотелось бы понимать, как эти правила работают в любых
ситуациях, какие только можно себе представить .
Большинство современных физиков расправляются с проблемами интерпре-
тации квантовой механики с помощью проверенной веками стратегии «отри-
цания» . Они знают, как правила работают в интересующих их случаях, они могут
заставить квантовую механику работать в определенных обстоятельствах и до-
биться поразительного согласия с экспериментальными данными, и им совер-
шенно не хочется забивать себе голову досадными вопросами о том, что это все
означает и можно ли назвать эту теорию абсолютно корректной . Подобная
стратегия по большей части вполне отвечает нашим целям в этой книге . Про-
блема стрелы времени стояла перед Больцманом и его коллегами еще до изо-
бретения квантовой механики, и мы также можем долго и продуктивно рассуждать
об энтропии и космологии, не беспокоясь о деталях квантовой механики .
И все же в определенный момент нам придется взглянуть проблеме в лицо .
В конце концов, стрела времени — это фундаментальная загадка, и весьма веро-
ятно, что квантовая механика сыграет решающую роль в поиске ответа на нее .
Однако есть нечто, представляющее для нас еще больший интерес: тот самый
процесс измерения, являющийся средоточием всей интерпретационной нераз-
берихи, обладает примечательным свойством, а именно необратимостью. Один-
единственный в толпе общепризнанных и всем известных законов физики,
процесс квантового измерения определяет стрелу времени . Однажды выполнив
его, вы уже не сможете отменить содеянное . В этом и кроется загадка .
Возможно, эта загадочная необратимость по своей природе аналогична
загадочной термодинамической необратимости, описываемой вторым началом:
ее создают приближения и отбрасывание информации, тогда как сами по себе
фундаментальные физические процессы обратимы . В этой главе я буду отста-
ивать данную точку зрения . Тем не менее среди экспертов единого мнения по
этому вопросу до сих пор нет . Единственное, что не вызывает сомнений, так
это необходимость всерьез заниматься проблемой измерений, если нас инте-
ресует стрела времени .
Квантовая кошка
Благодаря мысленным экспериментам Эрвина Шрёдингера в научной среде
надежно укоренилась традиция при обсуждении квантовой механики ставить
опыты на кошках .3 Кот Шрёдингера был призван иллюстрировать сложности,
связанные с проблемой измерения, однако прежде чем углубляться в тонкости,
314
Часть III . Энтропия и ось времени
мы потратим немного времени на изучение основ теории . И в наших мыслен-
ных экспериментах ни одно животное не пострадает .
Представьте себе, что у вашей кошки Китти два любимых места в доме: на
диване и под столом в гостиной . В реальном мире существует бесконечно
много положений, которые может занять такой физический объект, как кошка;
точно существует бесконечно много значений ее импульса, даже если ваша
кошка обычно перемещается по квартире довольно неспешно . Для того чтобы
добраться до сути квантовой механики, мы будем все очень сильно упрощать .
Так что вообразите, что мы можем полностью описать состояние Китти, как
принято в классической механике, просто указав, находится она на диване или
под столом . Мы отбрасываем всю информацию о ее скорости, не принимаем
во внимание, на какой именно части дивана она лежит, и вообще не учитываем
никакие другие положения, не подпадающие под определение «дивана»
и «стола» . С классической точки зрения мы упрощаем Китти до системы
с двумя состояниями . (Системы с двумя состояниями существуют в реальном
мире; например, спин электрона или фотона может быть направлен либо вверх,
либо вниз . Квантовое состояние системы с двумя состояниями описывается
«кубитом» (квантовым битом) .)
И здесь мы встречаемся с первым крупным отличием квантовой механики
от классической механики: в квантовой механике нет такого понятия, как
«местоположение кошки» . Классическая механика допускает, что нам не из-
вестно, где находится Китти, поэтому мы вправе делать заявления вроде: «Ду-
маю, с вероятностью 75 % она сидит под столом» . Однако это всего лишь за-
явление о нашей неосведомленности, а не о состоянии мира; тот факт, что
кошка пребывает в одном из возможных местоположений, неоспорим, и это
никак не зависит от того, известно нам об этом или нет .
В квантовой механике не бывает неоспоримых фактов, свидетельствующих
о пребывании Китти (или чего угодно еще) в каком-то конкретном месте . Про-
сто-напросто пространство состояний в квантовой механике так не работает .
Вместо этого для указания состояний используется штука, известная под на-
званием волновой функции. И волновая функция не дает результатов вроде:
«кошка лежит на диване» или «кошка лежит под столом» . Она способна со-
общать лишь вещи вроде: «если мы поищем, то с вероятностью 75 % обнаружим
кошку под столом, а с вероятностью 25 % обнаружим ее на диване» .
Отличие «неполного знания» от «фундаментальной квантовой неопреде-
ленности» стоит того, чтобы покопаться в нем подольше . Если волновая функ-
ция утверждает, что с 75-процентной вероятностью мы найдем кошку под
столом, а с 25-процентной — на диване, то значит ли это, что с вероятностью
Глава 11 . Квантовое время
315
75 % кошка находится под столом, а с вероятностью 25 % она находится на
диване? Нет, такого понятия, как «кошка находится там-то», не существует .
Ее квантовое состояние описывается суперпозицией двух разных положений,
с которыми мы могли бы работать в классической механике . Суть даже не в том,
что оба утверждения одновременно истинны, а в том, что единственно «ис-
тинного» местоположения, в котором пребывает кошка, попросту нет . Волно-
вая функция — это лучшее описание реальности кошки, какое только мы
в состоянии построить .
Понятно, что согласиться с подобными утверждениями, впервые столкнув-
шись с ними, очень сложно . И если уж откровенно, наш мир совершенно не
кажется нам таким . Когда мы смотрим вокруг, мы видим кошек и планеты и даже
электроны, занимающие определенные положения, а не в суперпозициях раз-
личных положений, описываемых волновыми функциями . Но в этом и кроется
секрет волшебства квантовой механики: то, что мы видим, вовсе не обязатель-
но совпадает с реальностью . Волновая функция действительно существует, но
мы не в состоянии ее увидеть; мы видим вещи так, словно они находятся
в определенных заурядных классических конфигурациях .
Однако это совершенно не означает, что мы не можем полагаться на клас-
сическую физику в таких делах, как игра в баскетбол или запуск спутников на
орбиту . В квантовой механике не существует «классического предела», в ко-
тором объекты ведут себя так, как если бы Ньютон всегда был прав, и этот
предел включает в себя весь наш каждодневный опыт . Мы никогда не обнару-
живаем объекты макроскопических размеров, такие как кошки, в суперпози-
циях в форме «75 % здесь, 25 % там»; для них всегда верно «99,9999999 про-
цента (или больше) здесь, 0,0000001 процента (или намного меньше) там» .
Классическая механика — это приблизительное описание работы макроско-
пического мира, и это очень хорошее приближение . Реальный мир живет по
правилам квантовой механики, однако классической механики более чем до-
статочно для повседневной жизни . Лишь начав рассматривать атомы и элемен-
тарные частицы, мы в полной мере сталкиваемся со следствиями квантовой
механики и понимаем, что теперь без нее никуда .