Тем не менее в самом основании квантовой теории есть загадка.
Главная новая черта квантовой механики состоит в том, что ее предсказания носят вероятностный характер. Теория может утверждать, к примеру, что электрон будет обнаружен здесь с вероятностью в 20 %, там — в 35, а вон там — в 45 %. Если затем измерить координаты этого электрона в большом числе идентично подготовленных вариантов одного и того же эксперимента, то обнаружится впечатляющая точность: в 20 % измерений электрон действительно обнаружится здесь, в 35 % измерений — там, а в 45 % измерений — вон там. Вот почему мы уверены в квантовой теории.
Опора квантовой теории на вероятности, возможно, покажется вам не слишком экзотичной. В конце концов, когда мы кидаем монетку, мы тоже используем вероятности для описания возможного исхода: с вероятностью 50 % монета упадет вверх орлом, с вероятностью 50 % — решкой. Но здесь есть разница, знакомая многим, но до сих пор глубоко шокирующая: в обычном классическом описании после того, как вы бросили монетку, но до того, как посмотрели на нее, монетка уже лежит орлом или решкой кверху — мы просто не знаем, как именно. В квантовом описании, напротив, до момента проверки местонахождения частицы, такой как электрон, которая с вероятностью в 50 % находится здесь и в 50 % — там, частица не находится или здесь, или там. Вместо этого частица, по утверждению квантовой механики, пребывает в неопределенном эфире бытия одновременно и здесь и там. И если вероятности дают электрону ненулевой шанс находиться во множестве разных локаций, то, согласно квантовой механике, он будет пребывать в неопределенной смеси одновременного бытия во всех них. Это так фантастически странно и настолько противоречит повседневному опыту, что вы, возможно, испытываете искушение сразу же отбросить эту теорию. И если бы не неповторимая способность квантовой механики объяснять экспериментальные данные, такая реакция была бы всеобщей и оправданной. Однако объективные данные вынуждают нас относиться к квантовой механике с величайшим уважением, поэтому мы, ученые, неустанно работаем, пытаясь разобраться в этом контринтуитивном свойстве36.
Проблема в том, что чем больше мы работаем, тем более странной становится ситуация. В квантовых уравнениях нет ничего, что показывало бы, как реальность переходит от состояния неопределенной смеси множества возможностей к единственному вполне определенному исходу, который мы видим после измерения. Мало того, если считать — а это представляется полностью разумным, — что одни и те же успешные квантовые уравнения применимы не только к тем электронам (и другим частицам), которые вы, возможно, исследуете, но и к тем электронам (и другим частицам), из которых состоит ваше оборудование, и вы сами, и ваш мозг, то, если верить математике, никакого перехода быть не должно. Если какой-то электрон пребывает одновременно здесь и там, то ваши приборы, по идее, должны обнаружить его одновременно здесь и там, и ваш мозг, считав показания приборов, должен решить, что электрон находится одновременно здесь и там. То есть после измерения квантовая неопределенность частицы, которую вы изучаете, должна заразить ваше оборудование, ваш мозг и, предположительно, ваше осознанное восприятие, заставив ваши мысли запутаться в неопределенной смеси множества возможных исходов. И все же после любого и каждого измерения вы ничего подобного не сообщаете. Вы сообщаете один-единственный определенный результат. Так называемая проблема квантового измерения состоит в том, чтобы разобраться в загадочном неравенстве между размытой квантовой реальностью, описываемой уравнениями, и знакомой отчетливой реальностью, с которой вы привыкли иметь дело37.