Квантовая механика описывает крошечный мир атома и его составляющих, а также их поведение с потрясающей, хотя и вероятностной точностью. Она используется при разработке значительной части технологий современного общества, например лазеров и компьютеров. Однако квантовая механика ставит под угрозу не только наши важнейшие и абсолютные представления о пространстве и времени, но и все ньютоновские концепции порядка и уверенного прогноза.

Здесь стоит обратиться к старой максиме Шерлока Холмса, согласно которой «если вы устранили невозможное, то все оставшееся, каким бы невероятным оно ни было, должно быть правдой». В этой главе мы подробно рассмотрим доказательства квантовой теории и будем делать это осмотрительно, по методу Холмса, и не позволяя трехсотлетним предрассудкам науки сбивать нас со следа. Ученые оказываются в тупике, потому что сразу же отказываются принимать к сведению прямые и явные следствия экспериментов. Биоцентризм – вот единственное и по-человечески понятное объяснение того, каким может быть мир, и едва ли стоит лить слезы, расставаясь с привычным способом мышления. Как выразился нобелевский лауреат Стивен Вайнберг: «Растолковывать людям основные законы физики – штука неприятная».

Чтобы объяснить, почему пространство и время являются относительными для наблюдателя, Эйнштейн присвоил хитроумные математические свойства изменяющимся основам пространства-времени, невидимой и неуловимой сущности, которую нельзя увидеть или потрогать. Тем самым он с успехом продемонстрировал, как движутся объекты в экстремальных условиях большой гравитации и при огромных скоростях. Однако очень многие решили, что пространство-время является подлинным объектом, как сыр чеддер, а не математической фикцией, служащей для конкретной цели и позволяющей рассчитать параметры движения. Конечно, ситуация с пространством-временем – далеко не первый прецедент, когда математические инструменты путают с осязаемой реальностью. Квадратный корень из минус единицы и символ бесконечности – вот только два примера из множества математических абстракций, и ни один из них не имеет аналога в физической Вселенной.

С появлением квантовой механики такая дихотомия между концептуальной и физической реальностью еще больше обострилась. Несмотря на центральную роль наблюдателя в данной теории – с расширением ее от пространства и времени до глубинных свойств материи, некоторые ученые до сих пор отвергают наблюдателя как беспокойную помеху.

В квантовом мире отказывается работать даже обновленная эйнштейновская версия часов Ньютона – то есть Солнечная система, которая считается точным хронометром. Сама концепция, что независимые события могут происходить в отдельных, несвязанных местах, – лакомое понятие, часто именуемое локальностью, – не поддерживается на уровне атомов и глубже. Также появляется все больше свидетельств, что это же распространяется и на макроскопический уровень. В теории Эйнштейна события в пространстве-времени могут быть расставлены по отношению друг к другу, но квантовая механика обращает большее внимание на природу самого измерения, которое подрывает основы объективности.

При изучении субатомных частиц наблюдатель склонен к изменению всего, что он определяет. Экспериментатор и его методы безнадежно связаны с тем, что именно он пытается наблюдать и какие результаты получает. Оказывается, что электрон – это и частица, и волна, но как и, самое важное, где находится такая частица, зависит от самого акта наблюдения.

Это было совершенно новой идеей. Доквантовые физики разумно полагали, что существует внешняя объективная Вселенная, и должны были с уверенностью определять траекторию и положение отдельных частиц – так же, как и планет. Они считали, что поведение частиц будет полностью предсказуемым, если все будет известно с самого начала. И не существует предела точности для измерения физических свойств объекта любого размера при наличии соответствующей технологии.

Кроме квантовой неопределенности, еще один аспект современной физики наносит удар по концепции Эйнштейна о дискретных объектах и пространству-времени. Эйнштейн заявлял, что скорость света всегда постоянна и что события в одном месте не могут одновременно влиять на события в другом. В теориях относительности скорость света должна учитываться при передаче информации от одной частицы к другой. Такое положение было доказано и считалось истинным на протяжении почти столетия, даже для гравитации. Скорость света в вакууме навсегда стала равной 300 000 километров в секунду. Однако недавние эксперименты показали, что с некоторыми видами распространения информации дело обстоит иначе.

Но настоящая диковинка обнаружилась после 1935 года, когда Эйнштейн, Подольский и Розен столкнулись с необычным квантовым феноменом, связанным с запутыванием частиц. Их статья об этом приобрела такую известность, что феномен до сих пор нередко именуют «ЭПР-парадоксом». Трио ученых отвергло предположение квантовой теории, согласно которому одна частица может каким-то образом «знать» про другую, а взаимодействие между ними приписали пока неизвестному локальному искажению, а не «жуткому действию на расстоянии», как сказал Эйнштейн.

Это было отличное высказывание. Великий физик был автором нескольких таких афоризмов – именно с его легкой руки мы повторяем: «Бог не играет в кости». По квантовой теории был нанесен очередной удар, и на этот раз из-за ее настойчивых утверждений, что некоторые вещи существуют лишь как вероятности, а не как реальные объекты в реальных местах. Фраза «жуткое действие на расстоянии» десятилетие повторялась на уроках физики. Именно поэтому настоящие странности квантовой теории воспринимались с большим недоверием. Измерительные приборы тогда были довольно примитивными, да и кто бы осмелился заявить, что Эйнштейн не прав?