В свое время дебаты на эту тему начал австрийский физик Эрвин Шрёдингер, один из отцов-основателей квантовой теории. Вообще-то он пытался объяснить странное поведение электронов, которые норовили продемонстрировать свойства то волны, то частицы. Как может электрон, точечная частица, следовать двум разным моделям поведения? Иногда электроны вели себя как частицы и оставляли хорошо заметный след в камере Вильсона. В других случаях электроны вели себя как волны, проходили сквозь крохотные отверстия и создавали волноподобные интерференционные картины, подобно волнам на поверхности пруда.

В 1925 г. Шрёдингер предложил свое знаменитое волновое уравнение, которое позже было названо его именем, — одно из важнейших уравнений всех времен. Оно сразу же стало сенсацией и в 1933 г. принесло Шрёдингеру Нобелевскую премию. Уравнение Шрёдингера точно описывало волновое поведение электрона, а в приложении к атому водорода прекрасно объясняло его странные свойства. Поразительно, но приложить его можно было к любому атому, причем при помощи уравнения удавалось объяснить большую часть особенностей периодической системы Менделеева. Создавалось впечатление, что вся химия (а значит, и вся биология) является не чем иным, как решениями этого волнового уравнения. Некоторые физики даже утверждали, что вся Вселенная со всеми звездами, планетами и даже с нами не что иное, как решение этого уравнения.

Но затем физики начали задавать вопрос, звучащий актуально даже сегодня: если электрон описывается волновой функцией, то что именно колеблется?

В 1927 г. Вернер Гейзенберг предложил новый принцип, расколовший физическое сообщество надвое. Знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга гласит, что одновременно точно знать и положение электрона, и его импульс невозможно. Причем такая неопределенность не зависит от того, насколько грубы ваши инструменты, а изначально заложена в самой физике. Даже Бог или другое какое-нибудь небесное существо не в состоянии знать точное расположение и импульс электрона.

Так что волновая функция Шрёдингера на самом деле описывает вероятность нахождения электрона в данной точке. Ученые тысячи лет пытались устранить всякие случайности и вероятности из своей работы, а теперь вдруг Гейзенбергу вздумалось впустить их с черного хода.

Новую философию можно подытожить примерно таким образом: электрон — точечная частица, но вероятность его нахождения в данной точке задается волновой функцией. А волна эта подчиняется уравнению Шрёдингера и порождает принцип неопределенности.

Физическое сообщество раскололось. С одной стороны, собрались такие физики, как Нильс Бор и Вернер Гейзенберг, и большинство атомных физиков с готовностью приняли новую формулировку. Почти ежедневно они объявляли о новых прорывах в исследовании свойств вещества. Нобелевские премии вручались, как «Оскары», и одна за другой доставались специалистам по квантовой физике. Квантовая механика потихоньку переходила в разряд руководства к действию. Не нужно было быть великим физиком, чтобы внести поистине звездный вклад: чтобы делать поразительные открытия, достаточно было просто следовать рецептам квантовой механики.

С другой стороны, нобелевские лауреаты старшего поколения, такие как Альберт Эйнштейн, Эрвин Шрёдингер и Луи де Бройль, поднимали философские вопросы. Шрёдингер, с работ которого, собственно, и начался процесс, жаловался: знай он, что его уравнение впустит в физику вероятности, никогда бы не стал вводить его.

Физики затеяли спор, который продлился 80 лет и продолжается до сих пор. С одной стороны, Эйнштейн заявил, что «Бог не играет в кости с миром». С другой стороны, Нильс Бор, как рассказывали, ответил: «Перестаньте указывать Богу, что он должен делать».

В 1935 г. Шрёдингер, пытаясь раз и навсегда покончить с квантовой физикой, предложил свой знаменитый мысленный эксперимент с котом. Помещаем кота в запечатанный ящик вместе с контейнером, содержащим ядовитый газ. Там же, в ящике, находится крохотный кусочек урана. Атом урана нестабилен и при распаде испускает частицы, которые можно зарегистрировать счетчиком Гейгера. Счетчик включает механизм, который опускает молоток на стеклянный контейнер с газом; стекло разбивается, газ выходит и убивает кота.

Как при этом можно описать кота? Специалист по квантовой физике сказал бы, что атом урана описывается волновой функцией, которая может распасться или не распасться. Поэтому нам следует сложить две волны. Если атом урана сработает, кот умрет; этот случай описывается одной волновой функцией. Если уран не сработает, кот будет жить, и этот случай тоже описывается функцией. Таким образом, чтобы описать кота, вам придется сложить волновые функции живого и мертвого кота.

Это означает, что кот и не жив, и не мертв! Он находится в промежуточном состоянии между жизнью и смертью и представляет собой сумму волновой функции, описывающей мертвого кота, и волновой функции, описывающей живого.