Новая теорема о невозможности: исследователи ставят под вопрос основы реальности

Австралийский физик Эрик Кавальканти с коллегами из Университета Гриффита провели исследование, результаты которого бросают вызов самой идее объективной реальности. Работа, опубликованная в престижном журнале Nature Physics , показывает, что то, что мы считаем объективно наблюдаемыми событиями, может оказаться не таким уж объективным.

Эксперимент Кавальканти опирается на парадокс «друга Вигнера», сформулированный в 1961 году нобелевским лауреатом Юджином Вигнером. В этом мысленном эксперименте друг Вигнера проводит измерение квантовой системы и получает конкретный результат. Однако сам Вигнер, находясь вне лаборатории, может рассматривать всю систему (своего друга вместе с квантовым объектом) как находящуюся в суперпозиции состояний.

Кавальканти пошел дальше, объединив парадокс Вигнера с теоремой Белла — фундаментальным открытием в квантовой механике. В результате получилась новая «теорема о невозможности», накладывающая еще более жесткие ограничения на наше понимание реальности.

Если предсказания квантовой механики верны, то следующие три предположения не могут быть одновременно истинными:

• Локальность — невозможность мгновенного взаимодействия между удаленными объектами.
• Свобода выбора — отсутствие скрытых факторов, заранее определяющих результаты экспериментов.
• Объективность наблюдений — реальность одинакова для всех наблюдателей, независимо от их точки зрения.

Эксперимент Кавальканти относится к области «экспериментальной метафизики» — направлению, объединяющему физику и философию для проверки наших фундаментальных представлений о мире. Этот подход восходит к работам швейцарского математика Фердинанда Гонсета, который еще в середине XX века утверждал, что «наука и философия образуют единое целое».

В 1970-х годах группа физиков и философов основала в Швейцарии Ассоциацию Фердинанда Гонсета. Они выпускали малотиражный информационный бюллетень под названием «Эпистемологические письма», где обсуждались вопросы по теме.

Центральное место в дискуссиях всегда занимала теорема Белла. В отличие от предыдущих работ в физике, где метафизические предположения часто оставались неявными, теорема Белла явно соединяла две области науки. Она показала, что любая теория, основанная на предположениях о локальности и реализме, не способна описать мир, в котором мы живем.

Эксперимент Кавальканти идет еще дальше. Он не просто проверяет конкретную физическую теорию, а исследует целый класс возможных теорий, основанных на определенных метафизических предположениях.

Однако на пути к полномасштабному эксперименту стоят серьезные технические и этические препятствия. Чтобы поместить человека-наблюдателя в квантовую суперпозицию, как того требует эксперимент, понадобились бы технологии, выходящие за рамки современных возможностей. «Об этом редко говорят, но предлагаемый эксперимент — по сути насильственный акт, — отмечает философ Уэйн Мирволд. — Фактически он требует уничтожить человека, а затем возродить его.»

Как полагает Кавальканти, разгадка может крыться в понимании природы сознания и в том, как мы определяем само понятие наблюдателя. «Я по-прежнему думаю, что это самая глубокая тайна, — говорит он. — Не думаю, что какая-либо из существующих интерпретаций квантовой механики действительно дает правильную картину».

Результаты исследования Кавальканти могут иметь далеко идущие последствия для квантовой физики, теории гравитации и философии науки. Они показывают, что реальность может быть еще более необычной, чем мы предполагали ранее.

Экспериментальную метафизику Кавальканти сравнивает с работой скульптора, отсекающего лишнее от глыбы мрамора. «Мне нравится представлять метафизический ландшафт как необработанный блок мрамора, где разные точки соответствуют разным физическим теориям, — пишет он. — А экспериментальная метафизика — это резец, позволяющий удалять те части, которые не описывают мир нашего опыта».