В рамках цикла бесед «Квантовая реальность» на World Science Festival физик Карло Ровелли представил свою оригинальную интерпретацию квантовой механики, которая бросает вызов традиционным представлениям о независимости объектов. В дискуссии с ведущим Брайаном Грином ученый объяснил, почему свойства частиц существуют только во взаимодействии и как этот подход может привести к пониманию квантовой природы самого пространства-времени.
🌌 Реляционная квантовая механика: мир как сеть отношений 9:47
В основе концепции Карло Ровелли, получившей название «реляционная квантовая механика» (Relational Quantum Mechanics), лежит тезис о том, что свойства физических систем не являются абсолютными. По мнению ученого, классическая ошибка интерпретации заключается в попытке приписать объекту внутренние качества (например, положение или спин) в отрыве от наблюдателя .
Ключевые принципы подхода Ровелли:
- Взаимодействие как измерение: Любое взаимодействие двух систем (даже столкновение фотона с атомом) является актом измерения . Для этого не нужен человек-наблюдатель или сложное лабораторное оборудование.
- Относительность свойств: Если наблюдатель видит частицу со спином «вверх», это не означает, что частица обладает этим качеством сама по себе. Это означает, что наблюдатель и частица находятся в определенном квантовом соотношении .
- Контекстуальность: Свойства объекта проявляются только в момент взаимодействия и только относительно той системы, с которой он взаимодействует .
В качестве примера Ровелли приводит парадокс кота Шрёдингера . С точки зрения самого кота, он либо жив, либо мертв, так как он постоянно взаимодействует с механизмом в ящике. Однако с точки зрения внешнего наблюдателя, который еще не открыл ящик, кот остается в суперпозиции, потому что между наблюдателем и внутренними объектами ящика еще не произошло физического взаимодействия .
🧱 Дискретность и природа волновой функции 5:35
Обсуждая природу квантовой реальности, Ровелли выделяет две основные позиции в отношении волновой функции Шрёдингера . Шон Кэрролл, сторонник многомировой интерпретации, рассматривает волновую функцию как реальную физическую субстанцию. Напротив, Ровелли считает более продуктивным взгляд Макса Борна: волновая функция — это лишь инструмент для расчета вероятностей .
Особое внимание Ровелли уделяет концепции дискретности:
- Квантование: Мир не непрерывен. Свет состоит из фотонов, электроны в атомах занимают дискретные орбиты .
- Постоянная Планка ($h$): Ученый утверждает, что без понимания физического смысла этой константы невозможно понять квантовую механику. В правильных единицах измерения ($h=1$) она определяет минимальный размер «зернистости» реальности .
- Квантовые прыжки: Переход из одного состояния в другое происходит рывками, а не плавно, что и порождает иллюзию «коллапса» при получении новой информации .
🌀 Запутанность и «сшивание» пространства-времени 15:37
Одним из самых спорных моментов квантовой физики является нелокальность — мгновенная связь между запутанными частицами. Ровелли предлагает взгляд, устраняющий мистику «дальнодействия». По его мнению, противоречие возникает, когда мы пытаемся описать систему с точки зрения двух далеких наблюдателей одновременно .
Логика Ровелли строится на следующих тезисах:
- Чтобы сравнить результаты измерений в двух разных точках, наблюдатели должны обменяться информацией (световым сигналом или письмом) .
- С точки зрения конечного наблюдателя, получившего все данные, никакой нелокальности нет: все события в его реальности связаны локальными взаимодействиями .
- Причиной парадокса Ровелли называет ошибочное приписывание частицам «абсолютных» свойств до момента их сравнения .
Брайан Грин отметил, что в теории струн пространство-время представляется «сшитым» нитями квантовой запутанности . Ровелли подтвердил, что в петлевой квантовой гравитации (его основной области исследований) существует аналогичная концепция «спиновых сетей». В этой модели пространство не является ареной для событий, а само состоит из дискретных квантов, связанных друг с другом через взаимодействия . «Близость» двух точек в пространстве — это лишь возможность их прямого взаимодействия и, как следствие, запутывания .
⏳ Будущее квантовой теории: через тернии к ясности 24:35
Несмотря на столетнюю историю квантовой механики, физики до сих пор ведут ожесточенные споры о ее смысле. Ровелли считает это абсолютно нормальным этапом научной революции, проводя параллель с Коперником . По его словам, после публикации идеи о движении Земли понадобилось около 150 лет (до времен Ньютона), чтобы человечество полностью перестроило свою картину мира .
Прогнозы Карло Ровелли:
- Смена поколений: Сегодняшние аспиранты уже используют квантовые термины более интуитивно, чем отцы-основатели .
- Срок решения: По мнению физика, окончательное понимание квантовой реальности может быть достигнуто через два-три поколения .
- Триумф здравого смысла: В будущем парадоксы вроде кота Шрёдингера будут казаться такими же очевидными и простыми, как идея о том, что люди на другой стороне Земли не падают с нее в космос .
Брайан Грин резюмировал, что, несмотря на «конфуз» с интерпретациями, квантовая механика остается самой точной теорией в истории человечества, позволившей создать все современные технологии .
