Книга: Сейчас. Физика времени

Когда-то давно в моей лаборатории…

Когда-то давно в моей лаборатории…

Со времен Ньютона до Гейзенберга по умолчанию считалось, что знание начальных условий определяет будущее любой физической системы. Тем не менее сегодня мы знаем, что два объекта – совершенно идентичных во всех отношениях – могут вести себя по-разному. Два идентичных радиоактивных атома распадаются в разные моменты времени. Их будущее не определяется их прошлым или их состоянием, их квантово-физической волновой функцией. Тождественные условия не порождают одинакового будущего. Причинность влияет на среднее физическое поведение. Но не на конкретное.

Позвольте доказать это самым, как мне кажется, убедительным способом: с помощью моих экспериментов и измерений. В конце 1960-х годов, работая в области экспериментальной физики элементарных частиц, мы с коллегами каждый день пользовались беватроном Лаборатории им. Лоуренса в Беркли[258], чтобы сталкивать между собой протоны. Многие из этих столкновений порождали по две или более частиц, известных как пионы (сокращенное название пи-мезонов). И вот ключевой факт: я смог экспериментально определить, что все пионы, полученные в результате одного столкновения, идентичны, если обладают одинаковым электрическим зарядом. Я имею в виду, по-настоящему идентичны, до самых-самых квантовых глубин. Эти частицы обладают одинаковыми квантовыми волновыми функциями. Они тождественны в том же смысле, в каком исходные электроны на фейнмановских диаграммах идентичны рожденным электронам.

Как я мог определить, что частицы по-настоящему идентичны? От Фила Даубера (физика, который объяснил мне, что 95 %-ной уверенности в нарушении временной инверсии недостаточно) узнал, что волны таких частиц интерферируют между собой. В одних направлениях они усиливаются; в других – гасят друг друга. Такая интерференция наблюдается среди частиц, получающихся в результате столкновения (это часть их «взаимодействия в конечном состоянии», ВКС); в наших данных ее легко можно было увидеть. Частицы разной структуры (состава) не взаимодействуют. Пион не интерферирует с электроном. Электроны могут интерферировать, но только в том случае, если их скрытый внутренний параметр – спин – одинаково ориентирован. В общем, интерференция достоверно показывает, что частицы идентичны по всем, даже скрытым, параметрам внутренней структуры – на всю глубину квантовой физики.

На снимках из своей пузырьковой камеры я видел два идентичных пиона, но при этом они распадались в разное время. Мне и сейчас это представляется очень странным. Два одинаковых бруска динамита с аналогичными запальными шнурами, если поджечь их одновременно, так же одномоментно и взорвутся. Мои идентичные частицы поступили не так. Между двумя этими пионами должна была существовать какая-то разница. Они просто не могли иметь одинаковые волновые функции. И тем не менее интерференция показывала, что они полностью идентичны.

С большинством радиоактивных атомов вы не можете быть уверены в их полной идентичности, несмотря даже на то, что эксперименты Фридмана?Клаузера и Алена Аспе[259] указывают на отсутствие скрытых параметров. В моих наблюдениях, где по-разному вели себя достоверно идентичные частицы, такое возражение можно было смело снимать. Разумеется, я проделал все это не первым, сам метод позаимствовал у Даубера. Все, что я сейчас стараюсь сделать, это привлечь ваше внимание к хорошо известному в физике элементарных частиц классу экспериментов и наблюдений, который имеет прямое отношение к нашему разговору о физикализме и о том, в какой степени прошлое определяет будущее.

Возможно, я не обладаю свободой воли, но те пионы явно ею обладали.

Нет, не хочу сказать, что они по-настоящему обладают свободой воли. Настолько очеловечивать пионы было бы несколько опрометчиво с моей стороны. Скорее, этот пример показывает: физикалистское утверждение о том, что мир полностью детерминирован, опровергается физическими наблюдениями. Идентичные частицы ведут себя по-разному. Следовательно, даже полное знание прошлого с точностью, достаточной для преодоления хаоса, не позволяет предсказать некоторые важные аспекты будущего (к примеру, те, что могут повлиять на продолжительность жизни шрёдингеровского кота). Наиболее мощный исторический аргумент против существования свободы воли, определивший успех классической физики, – утверждение, что физика детерминирована, – сам оказался иллюзией.