Как получается так, что знаменитый кот Шрёдингера и жив, и мертв одновременно, да и вообще, откуда он взялся?
12 августа 2017 года исполняется 130 лет со дня рождения замечательного австрийского физика Эрвина Рудольфа Йозефа Александра Шрёдингера. Жив ли кот Шрёдингера – вопрос, на который никто и никогда не даст точного ответа. Впрочем, в историю науки наш герой вошел отнюдь не благодаря издевательствам над четвероногими.
Полемист и критик
Характерной особенностью Шрёдингера как ученого была своеобразная «вторичность». Он редко сам начинал заниматься какой-либо проблемой, его любимый жанр – отклик на чье-либо исследование, его развитие или критика. Абсолютный индивидуалист, он все же не мог творить один – ему нужно было сопротивление, чужая мысль как точка опоры. Несмотря на такой оригинальный подход, спорщик-австриец стал автором многих десятков открытий – как правило, его публикации были и глубже, и точнее, чем у «первопроходцев». В 1933 году он получил Нобелевскую премию по физике за открытие новых плодотворных форм атомной теории. А после смерти ученого благодарные австрийцы выпустили тысячешиллинговую купюру с портретом Шрёдингера и назвали его именем одну из площадей в Вене.
Достаточно сложно говорить о вкладе этого физика, химика, биолога, философа, поэта простым языком – его главной заслугой являются формулы. Ему удалось изрядно продвинуть атомную теорию, теорию спектров, теорию относительности, он считается создателем современной волновой механики. Шрёдингер дружил и полемизировал с Нильсом Бором, Альбертом Эйнштейном, Вернером Гейзенбергом – тремя столпами физики XX века. На основании своих познаний и открытий он пытался делать философские обобщения. Одна из его книг называется очень просто и предельно амбициозно – «Что такое жизнь?»
Гедонист и сторонник свободной любви
Физические формулы и глубокие размышления не мешали Шрёдингеру заниматься самым интересным – личной жизнью. Его привычки постоянно были поводом для обсуждения и даже осуждения. В 1936 году физику даже пришлось покинуть Оксфорд, так как коллеги и руководство не одобряли поведения Эрвина и его жены Аннемари. Супруги состояли в свободных отношениях, открыто изменяя друг другу. Аннемари переспала чуть ли не со всеми друзьями Эрвина, сам он предпочитал молоденьких девушек, несколько из них даже родили ученому детей.
А где же кот?
Вечный скептик, Эрвин Шрёдингер не раз критиковал многие положения квантовой теории, один из постулатов который гласит: пока над квантовой системой не производится наблюдение, она находится в состоянии суперпозиции, то есть сразу в двух или более взаимоисключающих состояниях. Грубо говоря, квант (неделимая порция какой-либо величины; например, в случае света это фотон) является одновременно частицей и волной, «квадратным» и «круглым», «синим» и «красным». Это - принцип неопределенности, прямо вытекающий из теории квантового дуализма, то есть двойственности.
В одном из писем своему другу Альберту Эйнштейну Шрёдингер довел принцип неопределенности до абсурда. Смотрите, сказал он, мы помещаем в закрывающуюся коробку кота и простой механизм, содержащий емкость с ядовитой синильной кислотой и радиоактивное вещество. Вероятность того, что один атом последнего распадется за час, составляет 50%. Если это происходит – падает специальный молоточек, емкость разбивается и кот погибает: испарения синильной кислоты вызывают мгновенную смерть у небольших млекопитающих.
Согласно принципу неопределенности, в этот час, пока мы не наблюдаем за происходящим, кот находится в суперпозиции – он одновременно и жив, и мертв. Но как только мы вмешиваемся в процесс, то есть смотрим на кота или на датчик радиоактивности, животное переходит в одно из двух конкретных состояний: оно или живо, или нет.
Позже американец Юджин Вигнер усилил степень абсурда. Позвольте, сказал он, а если за стенами лаборатории находится друг испытателя, который не знает о том, какую картину увидел ученый, открыв коробку? Кот вышел из суперпозиции для своего мучителя, но не для его друга. Только когда последний узнает результат эксперимента, несчастный кот станет живым или мертвым. Более того, в мире есть миллиарды людей. И окончательно сказать, жив кот Шрёдингера или мертв, можно будет только когда все существа во Вселенной узнают об исходе эксперимента, а это весьма долгий процесс.
Надо сказать, что воображаемый кот страдал напрасно: остроумная аргументация Шрёдингера и его сторонников так и не смогла поколебать принципов квантового дуализма. Так что все мы все в каком-то смысле ни живы, ни мертвы – пока может найтись хоть одно живое существо, которое не наблюдает за нами в данный момент.