Но этот здравомыслящий взгляд на устройство Вселенной неприменим к микрообъектам.
Все дело в неопределенности. Я могу определить положение объекта, который держу в руках, например, зарегистрировав детектором отраженный от его поверхности фотон. Но такое измерение невозможно по отношению к микрообъекту, например, к электрону. Если от него отразится фотон, то он передаст электрону такую энергию, которая неизбежно изменит его траекторию. Причем неконтролируемым образом. Предположим, я смог с очень высокой точностью, в доли ангстрема, измерить положение электрона. Но тем самым я уничтожил всякое знание о направлении и скорости его движения — даже если они были мне известны перед измерением. В результате уже через доли секунды я не смогу утверждать, находится ли этот чертов лептон за сотни миль отсюда.
Таким образом, я не могу одновременно знать импульс и координаты частицы. Вместо представления об электроне или любом другом микрообъекте как об объекте с конкретными размерами, который может находиться в строго ограниченной области пространства, мне придется ввести понятие функции вероятности его нахождения в данном месте. Уравнение для описания распространения волн вероятностей микрообъектов при взаимодействии с другими частицами и полями было предложено Шредингером. — Парц устало прикрыл глаза. — Пространство, наполненное волнами вероятностей, представляется мне журчащей голубоватой зыбью. Если бы у меня было хорошее воображение, я мог бы представить такое пространство во всем его богатстве. Но на это я не способен. Как будто гляжу на мир сквозь полуопущенные ресницы — и вижу только более или менее темноватые участки между пиками распределений. И говорю себе — по-видимому, электрон находится здесь. Но на самом деле это не сам электрон, а только гребень волны… Там, где находится максимум волны, вероятность встретить частицу больше, а там где минимум — меньше, точное же ее положение неизвестно никому.
— Но волновая функция коллапсирует при наблюдении, — быстро ответил Квакс.
— Да. Связь между квантами и миром человеческих ощущений всегда опосредована. Я провожу эксперимент и определяю, что электрон фактически присутствует в установке в данный момент. — Парц ткнул пальцем в стол. — Вот прямо здесь. Тогда волновая функция действительно коллапсирует — вырождается в функцию, равную нулю везде, за исключением небольшой области пространства, в которой вероятность найти частицу строго равна единице. Через некоторое время, однако, волновая функция вновь расплывется, и определить столь точно местоположение электрона станет уже невозможно. Так вот, при измерении местоположения электрона я тем самым изменяю все его характеристики. Невозможно провести наблюдение так, чтобы присутствие наблюдателя не повлияло на объект. Потому можно утверждать, что существование электрона, по крайней мере в данной области пространства, не просто подтверждается, но и создается в процессе измерения. А дальше начинается парадокс. В свое время Шредингер описывал такой мысленный эксперимент. В полностью непроницаемом ящике находятся кошка и автоматический механизм, который в момент распада радиоактивного ядра разбивает бутыль с ядом, мгновенно убивающим кошку. Вероятность распада ядра в ходе эксперимента — пятьдесят процентов. Вопрос: можем ли мы определить, живали кошка, до того как вскроем ящик?
— Но здесь нет никакого парадокса, — быстро ответил ничуть не обескураженный Квакс. — Ответ можно дать только в терминах теории вероятности.
— Отлично. До вскрытия ящика волновая функция системы «ящик — кошка» не коллапсирует. Кошка не жива и не мертва — существует равная вероятность и того и другого. Вигнер развил этот эксперимент. Предположим, что один из друзей экспериментатора вскрыл ящик и достоверно установил, жива еще кошка или уже нет. Теперь ящик, кошка и друг Вигнера вместе составляют единую систему с более сложной волновой функцией, в которой состояние кошки, как и знание о том друга, остается неопределенным до наблюдения состояния животного самим Вигнером.
Этот парадокс в свое время был назван парадоксом «Друга Вигнера». Он приводит к бесконечному регрессу — катастрофе фон Ньюмена. Система «бокс — кошка — друг» остается неопределенной вплоть до наблюдения экспериментатором — мною. Но в то же время новая система: «бокс — кошка — друг — экспериментатор» — остается неопределенной вплоть до наблюдения состояния кошки посторонним наблюдателем.