Существует ли реальность независимо от нашего наблюдения?

Отыскав разгадку сложнейшей загадки квантовой науки, мы, вероятно, сможем кардинально переосмыслить само понятие реальности

Летом 2025 года научное сообщество собралось на германском острове Гельголанд, чтобы отпраздновать вековой юбилей квантовой механики. Спустя сто лет после появления эпохального труда Вернера Гейзенберга, написанного им как раз в период борьбы с сенной лихорадкой в этих местах, теория обрела невероятную точность и практическую пользу. Благодаря прорывным технологиям вроде квантовых вычислений мы стоим на пороге эпохальных перемен, которые интегрируют квантовые принципы в повседневную жизнь.

Тем не менее, единого мнения о глубинном смысле квантовой механики и её отражении истинной природы реальности до сих пор не существует. Подобные размышления неизбежно выводят нас за рамки точных наук в область философии. Хотя именно физики создают математический фундамент и ставят эксперименты для его проверки, для осмысления полученных данных необходимы философы науки. Именно они способны объединить разрозненные элементы в единую концептуальную картину бытия.

Многолетние противоречия

Однако исследователи по-прежнему расходятся во мнениях даже в базовых вопросах. Многие философы и часть физиков убеждены, что хрестоматийная формулировка квантовой механики отягощена «проблемой измерения» — избыточным вниманием к роли наблюдателя, которое мешает понять глубинную связь теории со структурой мироздания. Их оппоненты категорически не согласны, утверждая, что именно фокус на наблюдателе служит ключом к разгадке истинного смысла квантовых законов.

Эти два лагеря ведут непрекращающиеся батареи. Впрочем, примирить их всё же возможно, если по-новому взглянуть на концепции, существующие уже более полувека.

Дискуссии о природе квантовой механики коренятся в способе описания физических систем через «волновые функции», задающие вероятности для различных значений измеримых параметров — например, пространственного положения. Регулярные замеры параметров одной системы дают спектр результатов, строго подчиняющийся заложенным в волновой функции вероятностям. Классическое объяснение основывается на копенгагенской интерпретации, развитой Гейзенбергом и Нильсом Бором на заре квантовой теории. Согласно этой концепции, свойства микрообъектов остаются неопределенными до момента их контакта с внешним наблюдателем или измерительным прибором. Данное взаимодействие играет ключевую роль в кристаллизации конкретной реальности. Обычно этот процесс называют «коллапсом волновой функции», хотя сами Бор и Гейзенберг скептически относились к восприятию коллапса как буквального физического явления.

Копенгагенский подход с самого начала вызывал ожесточенные споры. Нильс Бор и Альберт Эйнштейн вели легендарные дебаты о его состоятельности на протяжении десятилетий, вплоть до кончины Эйнштейна в 1955 году. Значительно позже физик Джон Белл выдвинул [1] ряд критических аргументов против интерпретаций, где измерение возводится в абсолют. С его точки зрения, наблюдатели и процесс измерения — это расплывчатые, субъективные понятия, которым не место в фундаментальной физике; они являются лишь эмерджентным следствием более глубоких процессов.

За прошедшие годы было предложено немало альтернативных трактовок, полностью исключающих наблюдателей и измерения из базового описания микромира. К примеру, существуют теории спонтанного коллапса, где волновая функция редуцируется в определенную реальность автоматически, независимо от внешнего вмешательства [2, 3]. В свою очередь, концепция «множества миров», сформулированная [4] Хью Эвереттом в его принстонской диссертации середины 1950-х годов, утверждает, что наблюдатели не вызывают коллапс волновой функции. Вместо этого они просто перемещаются в одну из параллельных реальностей, соответствующих реализовавшемуся исходу. Таким образом, человек не творит реальность актом измерения, а лишь выбирает свой индивидуальный маршрут сквозь неё.

У этой гипотезы множество критиков, поскольку бесконечное разветвление вселенных кажется избыточным решением проблемы измерения. Тем не менее, среди философов укрепилось мнение: лишь опираясь на «объективные», свободные от наблюдателя математические модели и порвав с запутанной копенгагенской трактовкой, можно делать обоснованные выводы о фундаментальном устройстве Вселенной или мультивселенной [5, 6].

В то же время многие физики-теоретики придерживаются противоположной позиции: несмотря на всю дискуссионность копенгагенских взглядов, квантовая механика действительно заставляет пересмотреть статус наблюдателя в науке. С этой точки зрения «проблемы» измерения в учебниках не существует вовсе. Наблюдатель и акт измерения занимают там центральное место вполне закономерно. Подлинный вопрос заключается не в попытках элиминировать наблюдателя, а в осмыслении его функций и их влияния на связь квантовой теории с внешним миром.

Рождение Вселенной

Ряд современных интерпретаций опирается именно на эту парадигму. Среди них — квантовый байесианизм (QBism), рассматривающий квантовые состояния как выражение субъективных вероятностей агента [7], а также подходы венских физиков Антона Цайлингера [8] и Часлава Брукнера [9], выводящих на первый план категорию информации. Однако данное направление по-прежнему встречает сопротивление философов науки, которые отвергают краеугольный камень копенгагенской школы — фундаментальное значение наблюдателя.

Главной причиной такого неприятия [6, 10] часто называют опасение скатиться в инструментализм — воззрение, согласно которому теория служит лишь удобным расчетным инструментом, а не отражением объективной реальности. Если конечная цель заключается в познании глубинной сути вещей посредством квантовой физики, то любая инструменталистская позиция заводит в тупик.

Инструментализм активно продвигался на заре квантовой теории, в частности самим Гейзенбергом. Однако современные физики тяготеют к реализму, воспринимая квантовую механику как инструмент познания базовой структуры бытия. Как отмечает Кристофер Фукс, физик из Массачусетского университета в Бостоне и один из авторов QBism, «в квантовой теории на карту поставлена сама природа реальности. Следует ли понимать реальность как нечто, абсолютно индифферентное к нашему присутствию, или же она реагирует на самый факт существования человека?» [11]. В таком контексте привилегированная роль наблюдателя в формировании реальности становится главным постулатом квантовой механики.

Подобный подход далек от инструментализма, но отчетливо сближается с идеализмом — философской традицией, утверждающей первичность ментальных сущностей. Современные философы науки резко критикуют эту идею, и дело здесь не в слепой догматике. Идеализм доминировал на протяжении большей части двухтысячелетней истории западной мысли, определяя труды философов от Платона до Беркли, Канта и Гегеля. От него отказались лишь в XX веке на фоне триумфа молекулярной биологии, химии и нейронаук, доказавших материальную основу биологических процессов и развенчавших миры «жизненных сил», оживляющих инертную материю [12].

Квантовая физика внесла огромный вклад в утверждение этой редукционистской, механистической картины мира — той самой, на которую опирался Белл в своей критике [1], — убедительно показав, что человек не является фундаментальной составляющей мироздания. Тем удивительнее тенденция: всё больше физиков-теоретиков вновь наделяют наблюдателя именно таким статусом.

Ярчайшим представителем этого направления в XX веке был Джон Арчибальд Уилер. Широко известны его труды по ядерному делению (совместно с Бором), а также ключевой вклад в общую теорию относительности и популяризацию термина «чёрная дыра». Тем не менее, его глубочайшие идеи о фундаментальных основах квантовой механики, на мой взгляд, недооценены. Выход из текущего концептуального кризиса кроется в переосмыслении его концепции «участвующей вселенной» (participatory universe), где реальность не статична, а формируется через восприятие сознательных агентов, а также в мотивах, толкнувших Уилера к этой идее.

В 1978 году Уилер сформулировал [13] знаменитый мысленный эксперимент с отложенным выбором. В одном из вариантов классический опыт с двумя щелями модифицируется: поток квантовых объектов (электронов, фотонов или атомов) направляется на преграду с двумя отверстиями.

Если у щелей разметить детектор, каждый объект проходит строго через одно отверстие, демонстрируя чисто корпускулярные свойства. Если же детектор убрать и фиксировать частицы лишь на удаленном конечном экране, постепенно формируется интерференционная картина, свидетельствующая о том, что каждый объект прошел сквозь обе щели одновременно, поведя себя как волна.

Предложенный Уилером сценарий предполагал принимать решение о типе измерения уже после того, как частица преодолела преграду. И результаты показали сохранение той же самой волновой или корпускулярной дуальности.

Получается, что выбор метода измерения задним числом словно определяет прошлое состояние системы. Уилер сделал из этого радикальный вывод: «Нет никакого парадокса в том, что мы выбираем, что именно произошло, уже после того, как это якобы произошло. Событие обретает статус физического факта лишь тогда, когда оно зафиксировано наблюдением».

Эта мысль перекликается с тезисом Нильса Бора о том, что реальность определяется характером производимого измерения. Позже эксперимент был блестяще воспроизведен в лабораторных условиях, подтвержден выводы Уилера [14].

Концепция «участвующей вселенной» оказала колоссальное влияние на квантовую теорию и зарождающуюся науку об информации. Однако примечательно другое: Уилер разработал эту идею после того, как долгое время был убежденным сторонником совершенно иного подхода.

В 1950-х годах именно Уилер руководил работой Эверетта в Принстоне, когда тот создавал многомировую интерпретацию. Наставник настолько вдохновился этой гипотезой, что уговаривал ученика лично презентовать её Бору в Копенгагене. Когда поездка сорвалась, Уилер взял инициативу на себя. Однако Бор и его школа встретили концепцию в штыки, заявив, что Эверетт попросту заблуждается и копенгагенская ортодоكسия не нуждается в ревизии.

Путь к синтезу

Существует множество попыток объяснить, почему Уилер впоследствии отошел от идей Эверетта в пользу «участвующей вселенной»: от дани уважения учителю до подсознательного неприятия мультивселенной. Однако эта посылка ошибочна. Уилер никогда не отрекался от концепции Эверетта окончательно, находя её вполне совместимой со своей собственной теорией. По крайней мере на первом этапе он не усматривал непримиримого противоречия между мирами Эверетта и взглядами Копенгагена.

Уилер видел в многомировой интерпретации математический аппарат, способный описать всё пространственно-временное континуум без привлечения внешнего наблюдателя, что придало бы копенгагенскому подходу дополнительную прочность. Когда в 1957 году диссертация Эверетта увидела свет в журнале *Reviews of Modern Physics* [4], Уилер сопроводил её собственным комментарием, подчеркнув, что концепция Эверетта «призвана не подменить традиционный формализм внешнего наблюдателя, а снабдить его новым, независимым фундаментом» [15].

Если разобраться в этом механизме, мы сможем преодолеть современный тупик в физике и философии, примирив даже непримиримые некогда позиции Бора и Эйнштейна. Прежде всего стоит отметить, что сторонники «участвующей вселенной» и «множества миров» во многом солидарны. Обе концепции исключают необходимость физического коллапса волновой функции в момент измерения. Обе избавляют нас от того, что Эйнштейн метко назвал «пугающим дальнодействием» — мгновенной нелокальной связью между удаленными квантовыми объектами.

Если интерпретация Эверетта верна для Вселенной в целом, то заветное желание философов обрести реальность, где наблюдатель не является первичным, а выступает эмерджентным феноменом, вполне может исполниться.

Принимая многомирие как базовое описание мироздания, мы соглашаемся с существованием огромного массива иных реальностей и других наблюдателей в параллельных ветвях мультивселенной. Мы их не фиксируем и, согласно теории, не можем зафиксировать. Но в логике Уилера нам и не нужно считать их частью той непосредственной реальности, которую мы формируем актом своего участия и измерений. В таком ключе копенгагенская и эвереттовская интерпретации получают шанс на мирное сосуществование.

В 1970-х годах Уилер открыто рассуждал на подобные темы. В лекции перед Американским физическим обществом «Постижима ли Вселенная?» он сравнивал наше знание о мире с конструкцией, «огражденной несколькими железными столбами достоверных фактов», тогда как «большинство стен и башен возведено из папье-маше, а пустоты зашпаклеваны титаническим трудом воображения и теории». Эта метафора весьма точна: независимый от наблюдателя мир действительно существует, но он лишен полноты привычных нам свойств. Мы можем признавать объективное существование мультивселенной, одновременно осознавая уникальный статус той её части, с которой мы способны взаимодействовать.

В заключительный день своего двухлетнего курса лекций по квантовым измерениям (1977–1979 гг.) Уилер оставил на доске аудитории формулы, вопросы и емкие афоризмы. Последняя фраза гласила: «Философия слишком серьезна, чтобы отдавать её на откуп одним философам» [16]. И это абсолютная правда: чистая философия бессильна постичь фундаментальную реальность в отрыве от физики. Философам необходимо прислушиваться к физикам — не только ради освоения математического аппарата, но и для понимания глубинного смысла теорий, сколь бы непривычными ни казались открывающиеся перспективы.

Не стоит ярлыковать Бора, Уилера и их последователей как наивных инструменталистов, отрицающих объективность квантового мира. Их труды требуют принципиально нового осмысления самого термина «реальность». Подобный диалог способен стать первым шагом к примирению науки и философии, вернув исследователей к совместному поиску ответов, которые уже завтра определят облик нашего мира.

Ссылки

1. Bell, J. Phys. World 3, 33–40 (1990).

2. Ghirardi, G. C., Rimini, A. & Weber, T. Phys. Rev. D 34, 470–491 (1986).

3. Pearle, P. Phys. Rev. A 39, 2277–2289 (1989).

4. Everett III, H. Rev. Mod. Phys. 29, 454–462 (1957).

5. Albert, D. Z. Quantum Mechanics and Experience (Harvard Univ. Press, 1994).

6. Maudlin, T. Philosophy of Physics: Quantum Mechanics (Princeton Univ. Press, 2019).

7. Fuchs, C. A., Mermin, D. & Schack, R. Am. J. Phys. 82, 749–754 (2014).

8. Zeilinger, A. Nature 438, 743 (2005).

9. Brukner, C. Nature Phys. 16, 1172–1174 (2020).

10. Becker, A. What is Real? (Basic, 2018).

11. Fuchs, C. in Information and Interaction (eds Durham, I. T. & Rickles, D.) 113–134 (Springer, 2017).

12. Papineau, D. in Physicalism and its Discontents (eds Gillett, C. & Loewer, B.) 3–36 (Cambridge Univ. Press, 2001).

13. Wheeler, J. A. in Mathematical Foundations of Quantum Theory (ed. Marlow, A. R.) 9–48 (Academic, 1978).

14. Ma, X., Kofler, J. & Zeilinger, A. Rev. Mod. Phys. 88, 015 005 (2016).

15. Wheeler, J. A. Rev. Mod. Phys. 29, 463–465 (1957).

16. Misner, C. W., Thorne, K. S. & Zurek, W. H. Phys. Today 62, 40–46 (2009).

 

Источник