Квантовая магия

Мне нравится Ричард Фейнман по многим причинам и одна из них это то, что он не хотел становиться лауреатом Нобелевской премии. Он получал искреннее удовольствие от своей научной деятельности и считал, что это уже сама по себе достаточная награда. И он оказался прав, когда громкий титул не принес ему ничего, кроме потери времени. Он был не тщеславный человек – еще одно основание его уважать.

У него есть много хороших высказываний. Мне нравится это, например: “Не спрашивай себя, ‘Но как это может быть?’, потому что ты зайдешь в тупик, откуда нет выхода. Никто не знает, как это может быть.”

Недавно, цитируя Фейнмана, я допустил ошибку. Это его высказывание было написано мелом на черной доске и найдено в момент его смерти: “What I cannot create I do not understand” (Чего не могу воссоздать, того не понимаю). Когда я прочел эти слова впервые, меня поразила точность того, что я чувствовал, но не мог выразить сам. Для меня это было определение того, что такое знание.

Насколько мне известно, не существует никого, кто бы слышал истолкование этой фразы от самого Фейнмана. Поэтому я нашел собственную интерпретацию: “If you can build something, then you understand it” (Если ты можешь построить что-то, только тогда ты это понимаешь). Со временем моя перефразировка заменила в моей памяти оригинальное высказывание и я начал свою интерпретацию выдавать другим людям как высказанную Фейнманом.

Три недели назад я участвовал в заседании группы по изучению физики Denver Physics Study Group, которую недавно основал Майк Витт. У него бы положительный опыт участия в такой же группе в Портланде. Вот он и основал такую же группу в Денвере. Присутствовавшие обсуждали вопрос “Может ли частица находиться в двух разных местах одновременно?”

Во время этого обсуждения я и “процитировал” Фейнмана. Даг Морроу, один из участников, позже ответил на мою цитату в блоге группы. Когда я увидел свои слова написанными, я вспомнил, что оригинальная фраза выглядела по-другому, проверил и понял свою ошибку. Но даже если Фейнман такого не говорил, я считаю свое определение знания и понимания правильным.

Я думаю, что эта фраза дает критерий, по которому мы можем отделить знание от чего-то другого. Знание должно быть успешно применимо на практике, позволяя правильно предсказывать или строить (что, по моему мнению, одно и тоже). В качестве примера представьте себе игру слов, которая выглядит убедительно, но за которой не стоит никакой истины. Многие отвергнутые уже теории прошлого тоже так выглядят теперь. Конечно, некоторые сегодняшние знания тоже могут оказаться отвергнутыми как неверные в будущем. Но без удовлетворения предложенному критерию, они и не должны считаться знаниями.

Даг же использует другой критерий. Для него, чтобы понимать что-то, надо уметь ответить на вопрос “как или почему”. И квантовая физика, по его мнению, не соответствует этому критерию и значит “квантовый мир останется больше похожим на магию, чем на науку, до тех пор, пока не будут разработаны и подтверждены экспериментально новые теории, которые дадут одно и только одно объяснение тому, почему ‘волно-частица’ имеет двойную природу, как возникает туннельный эффект и являются ли квантово связанные частицы на самом деле чем-то единым или нет. А до тех пор, это просто магия.”

В качестве примера истинно научной теории, отвечающей на вопрос “как или почему”, Даг называет теорию тектоники плит. Мне кажется, что я понимаю, тчо он имеет ввиду. Эта теория является знанием потому, что устанавливает причинные связи между некоторыми явлениям (большими по сравнению с квантовыми). Но я предлагаю применить вопрос “как или почему” к этим явлениям. Иначе, по определению Дага, мы не можем сказать, что мы понимаем эти явления, а значит понимаем и теорию тектоники плит. “Как или почему” тепло? “Как или почему” магма? “Как или почему” тяготение?

Я думаю, что вы уже поняли, куда я клоню. Копая все глубже, мы в конечном счете опустимся на квантовый уровень, который, по словам Дага, мы не понимаем. Но не значит ли тогда, что мы не понимаем и тектонику плит? Другими словами, я утверждаю, что квантовый мир лежит во основе всего, что нам известно и, говоря, что мы не понимаем квантовый мир, мы тем самым признаем, что не понимаем ничего, если пользоваться критерием Дага. Выход из противоречия дает предложенный мной критерий знаний. Потому что мы успешно используем сегодня квантовую теорию для проверяемых предсказаний и созданию полезных приборов, так же как мы используем теорию тектоники плит для объяснения землятрясений (правда, предсказываем мы их пока гораздо хуже, чем делает свои предсказания квантовая теория, но это только вопрос времени).

Еще я хотел бы упомянуть то, как Майк объяснил происхождение мифа о том, что мы не понимаем квантовую физику. Миф этот возник из-за желания “квантовых” физиков объяснить неспециалистам, чем они занимаются (и получить от них деньги на продолжение исследований). Они используют аналогии с объектами знакомого нам повседневного мира. Они говорят “волна”, и люди представляют себе волну воды. Они говорят “частица”, и люди представляют себе маленький шарик. Волна и шарик выглядят очень по-разному и отсюда происходит миф о загадочном квантовом мире: как же такая мягкая волна может там быть одновременно и твердым шариком?

Но давайте посмотрим на облака. Один видит там собаку, а другой верблюда (как Тест Роршаха). А когда влетишь в это облако, то видишь только туман. Вот так же, если глубоко погрузиться в волну или шарик, то, в конце концов, увидишь только “квантовый пар”. Так можем ли мы сказать, что волна и шарик отличаются? На каком уровне возникают различия? Вот как возникает миф о “магической” стороне квантовой физики.

Я сам не занимался квантовой физикой профессионально (я ее только в институте учил), но я встречал тех, кто занимался квантовыми вычислениями и этим зарабатывал себе на жизнь. Они рассказывали, что через какое-то время появляется определенная интуиция, которая позволяет “предчувствовать” результаты так же, как мы предчувствуем результаты манипуляции объектами повседневной жизни. Эта интуиция не такая сильная, как та, которой наградила нас эволюция, но все-таки оне есть и у некоторых людей она сильнее, чем у других таких же специалистов.

И последний вопрос. Приходилось ли вам встречать профессионалов далекой от ваших знаний области. Ну, например, хороших охотников или резчиков по мрамору? Если да, то замечали ли вы, что некоторые их приемы для вас кажутся странными? Но попроси их объяснить, почему они так делают и можно услышать в ответ все, что угодно – от “силы матери-земли” до божественного вдохновения. Это напоминает магию, не правда ли? И все же нельзя отрицать, что у них есть очень глубокие знания своего дела.

Физик-теоретик и его друг заблудились в горах.
Физик достает карту, изучает ее некоторое время,
затем прячет ее опять в рюкзак и уверенно говорит своему другу:
“Я знаю где мы находимся?”
“Где?”
“Видишь во-он ту гору?”
“Вижу.”
“Мы стоим на ее вершине.”