мысленного эксперимента под названием «Кот Шредингера». Чтобы понять суть того, что пытался донести до нас физик Эрвин Шредингер, нужны определенные знания о положении дел в области теоретической физики в те времена, не забыв о Копенгагенской интерпретации. Нильс Бор и Вернер Гейзенберг предложили данное толкование квантовой механики в 1920-е годы, воспользовавшись им для объяснения и концептуализации некоторых странных результатов, полученных в ходе экспериментов в этой области. Согласно Копенгагенской интерпретации, физические системы демонстрируют так называемый «коллапс волновой функции», что означает просто-напросто следующее: свойства физических систем обладают определенностью только в момент измерений, а квантовая механика способна показать только вероятности определенного результата. Важно отметить, что Копенгагенская интерпретация – это всего лишь одно из многих толкований квантовой теории, каждое из которых имеет собственных сторонников и критиков. И «Кот Шредингера» – не исключение.
Вот суть этого мысленного эксперимента. Представьте, что кота на час посадили в сейф. Внутри сейфа находится счетчик Гейгера (измеряющий уровень радиации), небольшой контейнер с радиоактивным материалом, молоточек и маленькая колба с синильной кислотой, которая, разбившись, убьет кота.
Радиоактивный материал размещен таким образом, что с вероятностью 50 процентов по прошествии часа один атом вещества распадется (нам сейчас неважно, как происходит распад радиоактивных веществ; достаточно знать, что радиоактивные элементы нестабильны и испускают частицы, то есть обладают свойством радиоактивности). Установка следующая: если атом распадается, счетчик Гейгера это регистрирует, молоточек падает, колба разбивается, кот погибает.
Согласно Шредингеру, на основании Копенгагенской интерпретации можно утверждать, что кот в буквальном смысле и жив, и мертв до того, как вы не откроете сейф и не проверите данное утверждение. Иными словами, он существует в некоем странном состоянии, одновременно и живя, и умирая (оживший мертвец, зомби), и только открывание сейфа устраняет неопределенность.
Звучит странно? В том-то и вся суть! Шредингер использовал данный мысленный эксперимент, чтобы подчеркнуть, как неопределенность на субатомном уровне способна обернуться странными последствиями для крупных объектов – например, кошек. Этот эксперимент составляет лишь малую часть предмета масштабных и сложных дискуссий по теоретической физике, которые выходят за рамки темы нашей книги. Однако, даже не разбираясь в деталях, можно видеть, в чем полезность такого эксперимента.
В рамках данного раздела физики измерение самого феномена было под вопросом, поскольку речь даже не шла о нормальных условиях экспериментирования. Пытаясь разобраться в таких вещах, как распределение вероятностей, имеет ли свет корпускулярную или волновую природу, что входит в рамки измерения и так далее, мы вынуждены прибегать к мысленным экспериментам.
Итак, Шредингер, чтобы выразить свою точку зрения, прибегнул к чисто гипотетической ситуации вместо эксперимента в реальном мире. Он воспользовался посылкой общепринятой модели и задался вопросом: «Что произойдет, если мы применим аналогичный метод мышления к крупным объектам?» Впоследствии этот сценарий, подобно «Проблеме вагонетки», вдохновил на проведение многочисленных мысленных экспериментов. Действительно, внушительная часть исследований в области теоретической физики осуществляется в абстрактном, чисто математическом пространстве, весьма далеком от лабораторного.
Чему же может научить данный мысленный эксперимент простого обывателя в части критического мышления? Нередко в нашей аргументации или убеждениях можно обнаружить немало узких мест, если мы просто доведем наши модели до логического конца. Иными словами, мы пользуемся мысленными экспериментами, чтобы в полной мере учесть все последствия нашего видения: то есть, если имеет место то-то и то-то, как это отразится на всем прочем? В случае Шредингера, явное неправдоподобие предполагаемого исхода являлось узким местом эксперимента. Рассматривая какой-либо аргумент или точку зрения, спросите себя: «Каким бы стал мир, если бы моя теория оказалась верна? Мир действительно таков? Что предполагает мой эксперимент? Его последствия желательны/истинны/логичны? Если нет, то опровергает ли это мою изначальную аргументацию?»
Может показаться, что данный постулат воплощает в себе одно из главных критических замечаний в адрес философской науки, а именно то, что она представляет собой беспорядочный набор лишенных логики мыслей, не имеющих ни реального завершения, ни истинной цели. И все же этот нескончаемый анализ и понукание ленивого мыслительного аппарата имеет реальную цель: обогатить каждого из нас.
Прежде чем уйти с головой в мысленные эксперименты, которые в основном касаются того, как именно мы думаем и как способны проводить тонкую настройку мыслительных способностей, давайте ненадолго остановимся еще на двух примерах того, как мысленные эксперименты вполне реальным образом продвинули науку вперед.
Мысленное экспериментирование было одним из талантов Альберта Эйнштейна. Он мог представить какой-то сценарий, проиграть его в уме с поразительной точностью и детальностью, а затем выдать «сухой остаток» в виде тонких и неявных выводов, из него следующих.
Один из самых знаменитых Gedankenexperiments, что по-немецки буквально означает «мысленный эксперимент», Эйнштейна (под названием «Поездка верхом на волне») начинается с простой посылки: «Что произойдет, если вы догоняли, а потом в итоге поймали и оседлали луч света, проницающий пространство?» Теоретически, как только вы догнали луч света, он как будто замирает рядом с вами, поскольку вы движетесь с такой же скоростью. Это все равно, как если бы вы шли с той же скоростью, что и едущий рядом с вами автомобиль: нет ускорения (относительные скорости одинаковы), а значит, автомобиль как будто замер возле вас.
Единственная проблема состояла в том, что это предположение было невозможно для конца XIX столетия. Если вы догнали луч света и тот как будто замер рядом с вами, тогда это вовсе не свет – сие невероятно из-за разницы скоростей. В этот самый момент он перестает быть светом. Исходя из данной элементарной мысли, это будет означать нарушение или ниспровержение одного из законов физики.
Таким образом, необходимо было поменять одно из основных положений физики того времени. Кроме того, Эйнштейн понимал, что нужны были сдвиги в представлении о времени как о константе. Его открытие непосредственным образом проторило путь теории относительности. Чем ближе вы к скорости света, тем сильнее меняется ваше время – относительно внешнего наблюдателя.
Данный мысленный эксперимент позволил Эйнштейну бросить вызов незыблемым правилам, высеченным на камне науки в те времена, когда Исаак Ньютон сформулировал свои три закона поведения энергии и материи, и осознать, что люди могут подвергать сомнению старые модели и «фундаментальные» правила, вместо того чтобы подгонять под них свои теории.
А до Эйнштейна был, безусловно, вам известный механик и физик Исаак Ньютон, который, в числе прочих открытий, ввел в употребление понятие гравитации и сформулировал три закона движения. Следствием этих принципов стало осмысление специфической механики, за счет которой гравитация способна создавать, к примеру, стандартную планетарную орбиту. Эта механика в целом известна как «Пушка Ньютона» и выглядит примерно следующим
