Фізика дуже важлива. Ми повністю довіряємо науці і з її допомогою пояснюємо закони природи. Власне кажучи, наукові уявлення, природа і технологічне майбутнє не відрізняються одне від одного.
Ми переконані, що в основі фізики як наукової дисципліни лежать фундаментальні теорії простору і часу, матерії і світла. Нерозумно заперечувати цю істину.
Як і те, що фізики задовольняються фундаментальними теоріями, які залишаються практично незмінними протягом століть. Такі теорії досить гарні для практичних цілей, бо вони перевірені і фактологічно доведені.
Але коли вчені досліджують фізику дуже швидких або дуже малих феноменів, або розмірковують про великомасштабну структуру Всесвіту, виникають проблеми. Бо молоді теорії з'явилися століття тому, а то й ще пізніше. Досить згадати про квантову механіку, яка ще не виросла до повноцінної "залізобетонної" теорії, а також про загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна, яку досі перевіряють на макрорівні. Просто тому, що ми поки що не в змозі досягти швидкостей, близьких до світлових.
Але якщо механіка - це та частина фізики, яка досліджує рухомі макрооб'єкти, то квантова механіка сконцентрована на теорії руху матерії і світла в мікросвіті. Це царство молекул, атомів, субатомних частинок і фотонів - квантів світла.
Якщо ви хочете з'ясувати, як живе електрон, переміщаючись у часі та в просторі, то вам потрібно звернутися саме до квантової механіки.
Але тут є проблема.
Квантову механіку відкрили і розробили переважно європейські фізики в середині та наприкінці 1920-х років.
Піонери квантової фізики занадто добре розуміли, за що вони вплуталися. Річ у тім, що до початку ХХ століття оформилася криза понятійного апарату в "старій" механіці.
Здавалося б, квантова механіка мала "перезапустити" філософські основи будь-якої наукової теорії, зокрема, перевизначити категорію цілепокладання.
Однак цього не сталося. Філософські дебати спровокували появу двох крайніх полюсів у науковому світі. Перший табір очолив Ейнштейн, другий - данський фізик Нільс Бор.
Невелика спільнота квантових фізиків розділилася на два протилежні табори. Трохи пізніше британський філософ Карл Поппер назвав цю поляризацію розколом.
А все чому?
У центрі дебатів була фізична інтерпретація центрального поняття теорії - математичного об'єкта, згодом названого хвильовою функцією.
Хвильова функція була введена як спосіб математичної інтерпретації експериментальної поведінки, яку демонстрували мікрофеномени. На той момент ішлося виключно про електрони.
За певних обставин поведінку частинок описували в термінах самодостатніх об'єктів, локалізованих у міру їхнього переміщення в просторі.
Але за інших (і взаємовиключних) обставин ту саму поведінку трактували як рух нелокалізованих хвиль.
Хвильова функція якраз враховує "подвійну природу" частинок. Фізики давно знайшли спосіб опису і хвилеподібних властивостей, і маси. Яка постійно "маневрує", переходячи в стадію ймовірнісної події в одному місці і в певний момент часу.
У підсумку, об'єктивна реальність перестала бути константою, як того вимагала попередня фізика.
Заковика в тому, що хвильової функції немає. Ми її ніколи не спостерігаємо. Якщо ми "проштовхуємо" електрон через якусь перешкоду, ми тільки уявляємо, що він дифрагує, поширюючись, подібно до морської хвилі, у всіх напрямках у просторі.
Якщо ми дозволимо цьому електрону потрапити на екран, покритий фотографічною емульсією, то виявимо, що електрон залишає єдину яскраву пляму в певній точці екрана.
Повторюючи дослід з дедалі більшою кількістю електронів, ми отримаємо дифракційну картину, що складається з безлічі окремих плям, кожна з яких "говорить" про існування конкретної частинки.
Де з'явиться наступна пляма? У нас немає можливості дізнатися це заздалегідь. Усе, що ми можемо зробити, це використовувати хвильову функцію для розрахунку ймовірності того, що наступний електрон буде виявлено тут, або там, або он там.
Який можна зробити висновок?
Якщо ми інтерпретуємо хвильову функцію реалістично, як відчутну фізичну річ, то ми повинні зрозуміти, як вона "схлопується", створюючи пляму тільки в одному місці екрана.
Такий колапс передбачає те, що Ейнштейн у 1927 році назвав "абсолютно особливим механізмом дії на відстані". По суті, це анафема примарних фізичних ефектів, що передаються миттєво через простір без видимої безпосередньої причини, яку зараз прийнято називати "проблемою вимірювання".
Для Ейнштейна відсутність будь-якого фізичного пояснення того, як це повинно відбуватися, означала, що чогось бракує; що квантова механіка в деякому роді неповна.
Нільс Бор не погодився. Він стверджував, що у квантовій механіці ми досягли фундаментальної межі. За логікою данця, те, що ми спостерігаємо, - це квантова поведінка, спроектована на наш класичний світ безпосереднього досвіду.
Оскільки ми не можемо вийти за межі цього досвіду, ми маємо визнати, що хвильова функція не має жодного фізичного значення, окрім її значущості для розрахунку ймовірностей.
Ми мусимо задовольнятися "суто символічним" математичним формалізмом, який начебто як працює.
Хвильова функція не колапсує (і немає ніякої особливої дії на відстані), тому що вона не існує, і тому немає проблеми вимірювання.
Інакше кажучи, все, що ми можемо знати, - це лише пляма на екрані, що виникає в результаті експерименту. Ми ніколи не зможемо дізнатися, чим насправді є електрон. Як і інші частинки.
Подібна емпірична інтерпретація, яка вважає квантову теорію значною мірою безглуздою, використовує її тільки як інструмент нашого досвіду.
Це не означає заперечення об'єктивної реальності, так само як і неспостережуваних електронів, якими б вони не були.
Але факт у тому, що немає точної відповідності між хвильовою функцією і тим, що вона нібито описує.
Формалізм, мабуть, просто кодує наш досвід таким чином, що ми можемо розрахувати ймовірність квантових подій, виходячи з наших же математичних уявлень. Подія відбувається тоді, коли з'являється її опис. Квантова механіка померла, і нам просто потрібно з цим змиритися.
Джерело: aeon.co
