СОМНЕНИЯ ДОНА ПЕДРО, КОШКА ШРЕДИНГЕРА И ПИСТОЛЕТ СТИВЕНА ХОКИНГА

В одной из новелл Франсиско Кеведо обвиняемый возражает судье: «Пять человек, и все почтенные отцы семейств, показывают, что видели меня в полдень в здешней церкви, а вы, дон Педро, хотите меня убедить, будто я в эти минуты выходил от несчастного дона Хоакина в Вальядолиде. Мог ли я быть в двух местах одновременно?» Судья оправдывает обвиняемого, но весь вечер его терзают сомнения. «Так-то оно и так, - бормочет дон Педро за ужином, не замечая домашних. - Но этот мошенник способен на все. Клянусь Святой инквизицией, я бы не удивился, если бы он побывал в двух местах одновременно».

Кое-кому из героев сказок удавалось в мгновение ока переноситься из одного города в другой. Но были они в этих городах все-таки не одновременно. Одновременно их должен был видеть один наблюдатель, а он бы видел одно мелькание. В XIX веке в литературе появились двойники; сейчас их можно видеть в бесконечном «Звездном рейсе». Двойник - это уже ближе к идее одновременности: вы идете по улице и встречаете самого себя. Есть от чего лишиться рассудка. Но и это не совсем то, что имел в виду кеведовский дон Педро. К его мысли ближе всего открытие, сделанное недавно в Боулдере (штат Колорадо).

У этого сенсационного открытия есть история, предыстория, истоки и корни. Восходит оно, конечно, не к XVI веку, когда жил и творил Кеведо, а к началу ХХ, когда Эйнштейн доказал, что свет может проявлять себя не только как движение волны, но и как поток частиц, а немного погодя Луи де Бройль высказал предположение, что все на свете имеет двойственную природу - частицы, атомы, молекулы. Любой материальный объект. На подобных парадоксах стала развиваться квантовая механика, сама же их и порождая.

С годами физиков все больше и больше занимал вопрос: где же граница применимости парадоксальных законов квантовой механики, да и существует ли она? Размышляя об этом, австрийский физик Эрвин Шредингер поставил в 1935 г. мысленный эксперимент, который должен был уравнять микромир с нашим обычным миром. В некоем ящике находится кошка, рядом с ней флакончик с ядом и атом радиоактивного элемента. Как только атом распадется, пробка из флакона вылетит и кошка погибнет. Вероятность распада 50 на 50.

Глядя на закрытый ящик, мы с вами можем сказать только то, что кошка либо жива, либо мертва. Но с точки зрения квантовой механики так сказать нельзя. Она и жива, и мертва одновременно - вот что говорит квантовая механика. И это будет продолжаться до тех пор, пока мы не заглянем в ящик и не определим таким образом состояние кошки.

Во все времена публика была склонна к мистике. Можно себе представить, сколько ахинеи было высказано по поводу шредингеровской кошки. Так значит, можно умереть и в то же время быть живым? С каждым ли это может случиться или к этому надо себя готовить? И так далее. Шредингер и сам был не рад, что пустил в оборот свою абстрактную кошку. Он устал объяснять, что мысленный эксперимент - это схема, что в ней ученый имеет дело с идеализированными условиями. Но публика не унималась. Даже в наши уже времена английский физик Стивен Хокинг после очередного глубокомыслия на ТВ сказал в сердцах: «Когда я слышу слова «кошка Шредингера», я хватаюсь за пистолет».

И вот, наконец, абстрактная кошка стала приобретать конкретные физические очертания. Физики Карлос Страуд и Майкл Ноэль из Рочестерского университета (штат Нью-Йорк) взяли атом калия и послали несколько лазерных импульсов в один из его электронов, находящийся на внешней по отношению к атомному ядру орбите. Электрон разделился надвое - на два разных состояния - ни дать ни взять шредингеровская кошка. Даже более того. «Электрон, - рассказывали Страуд и Ноэль, - оказался не только в двух разных состояниях, как бы наложенных друг на друга на интерференционной картине, но и в двух разных местах - на прежней своей орбите и на орбите, близкой к центру атома».

Это было год назад. А теперь, как сообщает журнал «Science», в двух местах очутился атом. Произошло это в том же самом Институте стандартов и технологии в Боулдере, где недавно были созданы сверхатомы. Группа физиков во главе с Кристофером Монро взяла атом бериллия и лазерным импульсом отодрала от него один из двух электронов - тоже внешний. Нейтральный атом превратился в ион - приобрел электрический заряд и способность реагировать на электромагнитные воздействия. Чтобы действовать дальше, атом надо было сделать неподвижным. Тот же лазер сковал его тепловые движения, и температура атома приблизилась к абсолютному нулю. Затем его поместили в электромагнитную ловушку, где другой лазер деликатно коснулся лучом оставшегося на своей орбите второго электрона. А всякий электрон (как всякая частица и всякий атом) обладает одним квантово-механическим свойством - спином. В этом смысле электрон напоминает волчок.

У второго электрона были равные шансы вертеться волчком по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Экспериментаторы лишили его права выбора. Тончайшим прикосновением лазерного луча они обрекли его на вечные колебания. Заключительная операция была уже суперювелирной. Легчайший толчок тем же лучом, и два атомных состояния (одно, где электрон тяготел к вращению по часовой стрелке, и другое - где он склонялся к вращению против) были разведены в пространстве. Разошлись, как в море корабли. На небольшое, правда, расстояние - на 83 миллиардные доли метра. В микроскоп не разглядишь, но на интерференционной картине видно: вот след одного атома, а вот другого.

Во второй раз один и тот же объект увидели одновременно в двух разных местах! Шредингеровская кошка обрела физический эквивалент, о котором даже и мечтать не могла - она и жива, и мертва, да ее еще и две. Это уже не кошка из мысленного эксперимента, а подопечный дона Педро из новеллы Кеведо. Как всегда, художники предвосхищают научные открытия. Но дон Педро думал о человеке, скажете вы, а тут электроны, атомы. Можно ли сравнивать?

По одной из интерпретаций квантовой теории, Вселенная наша разделена пополам. В одной ее половине электроны крутятся по часовой стрелке, а в другой - против. В одной атом пребывает в одном состоянии, а в другой - в другом. И все это один и тот же атом. А где атом, там и молекулы. Уже доказано, что у молекул есть волновые свойства. Докажут, что и они способны находиться одновременно в разных местах.

А молекулы - это уже вещество... Многие думают, что не за горами тот день, когда тысячи загадочных случаев получат, наконец, квантово-механическое обоснование... Но здесь мы умолкаем: Стивен Хокинг хватается за свой любимый пистолет.