Квант Бессмертия. Акт I "Искра"

Глава 1. Искра

Омск, январь 1986 года. Плотный снег валил с неба так, как будто Кто-то наверху решил залепить город ватой. Пивная на пересечении улицы Ленина и тихого переулка дышала весьма насыщенным теплом: ароматы свежего солода и жареной кильки, запахи перегретой советской батареи и дешёвого табака... Сквозь запотевшие стёкла окон различные по-своему причудливые тени толкались, смеялись, спорили. За одним из столов, возле облупленной колонны с наклеенным плакатом «Сдача стеклотары — долг каждого гражданина!», сидели пятеро: доценты Артур Керин, Виктор Белов, Николай Щербаков; седовласый профессор Соколов и молодой ассистент с напряжённым, словно испуганным взглядом, по фамилии Яшин.

На столе теснились пузатые кружки с «Жигулёвским», глубокая тарелка с килькой, луковые кольца, ломти чёрного хлеба и горчичница, которая всё время норовила завалиться набок или даже упасть на пол. Шум в этом пространстве стоял такой, что казалось, будто стены дышат вместе с посетителями зала.

— Товарищи, — Виктор поднял кружку, и янтарная пена перебежала через её край, — за то, чтобы наука наконец-то победила бухгалтерию!

— И за то, чтобы отопление в нашем корпусе победило зиму, — буркнул Николай. — Сегодня утром в лаборатории было +14. Мыши в виварии стали политически озлобленными.

— Это потому что их заставляют читать «Правду», — усмехнулся Соколов. — Станешь тут добрым!

Чокнулись. Пиво было тёплым, чуть кислым — то, что надо после дня, когда ректорат вежливо предложил «ещё немножко подождать с финансированием».

— Артур Евгеньевич, — заговорил Яшин, аккуратно подцепляя кильку своей вилкой, — а вы уверены, что наш проект… ну… тот самый… что он вообще кому-то нужен в Москве?

Керин сделал глоток, поставил кружку на стол настолько аккуратно, как будто устанавливал научный прибор на микрошкалу.

— Проект нужен не Москве, а физике; и нам! Нестабильные состояния, их распад, статистика редких событий… Мы нашли метод описывать таковые не хуже, чем исследователи в Дубне. Принципиальный вопрос только в том, поверят ли нам те, кто привык верить исключительно печатям.

— В канцелярские печати, — подхватил Николай, — у нас верят охотнее, чем в содержание печатных изданий. — Он хохотнул собственной шутке и почти сразу же посерьёзнел. — Мой двоюродный брат в Афганистан улетел. Пишет: «Николаич, тут горы как в кино, а люди — как будто из камня». Молодой совсем, девятнадцать лет. Мать из-за этого ночами не спит.

— У меня племянника забрали, — вздохнул Виктор. — Ему говорили: «Служба — это честь». Он деликатно отвечал: «А можно честь без Афганистана?».

— Политика, — Соколов откинулся на спинку стула, — это такая сфера, которая гораздо сложнее наших интегралов. В ней переменных больше, чем в нашей работе, и ни одной константы.

— А вот и неправда!, — оживился Николай. — Анекдот слышали? Почему у нас дефицит? Потому что в СССР три беды: весна, лето и зима. Весной — сев, летом — уборка, зимой — отчётность. — Он выдержал лёгкую паузу. — А осенью — охота на виноватых.

Стол взорвался надрывным смехом товарищей, в котором отнюдь не было добродушия и, тем более, понимания тех представителей партийной номенклатуры, от которых перечисленные процессы напрямую зависели. Официантка — рыжая, нарочито строгая, с надписью «Галя» на значке — покосилась на компанию, но восприняла её поведение в качестве нормы: смех в этой пивной был такой же привычной частью интерьера, как и облупленная штукатурка.

— Ладно, — произнёс Виктор, вытирая пену со своих усов. — Вернёмся к нашему проекту. Артур, если серьёзно:

у нас есть расчёты, имеются экспериментальные прикидки, есть даже письмо поддержки от старика Копылова… Тем не менее, в министерстве ответили: «Тема перспективная, но в текущем 5-летнем плане приоритет за прикладными задачами». Иначе говоря, большее внимание уделяется отверстиям в вёдрах.

— Прикладным вёдрам, — повторил Яшин и нервно захихикал.

Артур смотрел на своих друзей и чувствовал знакомое жжение под грудиной, спровоцированное смесью природного упрямства и почти детской обиды.

— Если не дадут денег, то всё равно будем продолжать. Медленнее, но будем. Есть ещё один вариант — отправить статью в Москву, минуя местный комитет. Пусть даже поругают нашу методику, но главное, что вообще прочитают.

— Прочитают, — хмыкнул Соколов. — А потом позвонят сюда: «Товарищи, у вас самодеятельность». У нас же всё как в физике: если система замкнутая, то работа не совершается.

— Ещё анекдот, — подчёркнуто выразительно поднял свой палец Николай. — На заседании Политбюро спрашивают: «Что будем делать с очередями?». Ответ: «Увеличим производство плакатов “Очередей нет!”».

Галя, появившись словно из ниоткуда, поставила на стол ещё две кружки. — Мужчины, поаккуратнее с анекдотами, — произнесла она вполголоса. — Стены у нас тонкие, да и разных других столиков вокруг много.

— Стены у нас в Стране не тонкие, — серьёзно ответил Николай. — А вот уши бывают длинные.

Вслед за этой фразой снова раздался смех практически всех коллег в унисон. Артур поймал себя на том, что тоже смеётся вместе со всеми. Именно эта эмоция освобождала его душу сейчас от излишнего напряжения — как скрупулёзная чистка лабораторного прибора открывает тому простор для более точных наблюдений и измерений. Однако, буквально через несколько минут к Керину вернулось то же само ощущение: время уходит... Тридцать два года — не

мальчик. Менделеев в его возрасте уже пропах порохом своей таблицы, Ландау катался по уровням как по горке; а он, Артур Керин, гражданин и учёный самой большой и самой мощной Страны в мире, — сдувает в пивной пену с кружки и учит Яшина не путать интегралы Лапласа с Фурье.

— Артур, — Виктор заметил, как тот замолчал, — а расскажи-ка нам ещё раз про свою любимую интерпретацию … как её… много…

— Многомировую, — подсказал Яшин.

— Вот. Как раз про неё. — Не унимался Белов. — Мне тут недавно один аспирант задал вопрос: если миров много, то есть ли такой, где у нас адекватная зарплата?

— Есть, — сухо ответил Артур, — но доступ к нему перекрыт месткомом.

Смех за столом последовал громкий, но короткий. Артур продолжил уже серьёзным тоном:

— Суперпозиция — это не сказка, а математика. «Кошка Шрёдингера» — отнюдь не про кошек, а про состояние системы до измерения. Пока нет наблюдения, система описывается волновой функцией, набором вероятностей. Часть специалистов считает, что в процессе измерения всё схлопывается, и рождается единственный исход. Эверетт же сформулировал иначе: волновая функция не схлопывается, а разветвляется. Все исходы реальны, просто мы живём только в одном из них.

— Иначе говоря, где-то есть мир, в котором я не женился на своей Ларисе? — неожиданно для самого себя выразил свои мысли вслух Николай.

— Где-то есть мир, где Лариса не женилась на тебе, — без лишних официальных эвфемизмов изрёк Виктор.

— А существует ли мир, в котором у нас на кафедре новые осциллографы? — поддержал общее любопытство Яшин.

— Обязательно, — подтверждающе кивнул Артур, — и ещё есть мир, где «Жигулёвское» холодное не только зимой.

— Так вот почему его нигде не найти! — театрально всплеснул руками Николай.

Про Афганистан заговорили снова, но уже деликатнее, осторожнее, будто боялись потревожить чей-то тонкий нерв.

— Племянник пишет, — сказал Виктор, — что там, в горах ночь раздаётся как железо. Слышно, как луна скрипит. Ребята робеют, но держатся. Командир у них толковый, учит их не геройствовать понапрасну. Говорит: «Герой — это тот, кто выжил».

— Когда-то героем считался тот, кто погиб, — тихо заметил Соколов. — Цивилизация меняется.

— А мы? — спросил Артур скорее самого себя, чем присутствующих за столом. — Мы меняемся?

— Мы пьём одно и то же пиво, — флегматично ответил Николай, — и продолжаем обсуждать вещи, которые решают без нас. Политика — это как квантовая механика: чем пристальнее на неё смотришь, тем меньше в ней обнаруживаешь смысла.

— Не совсем, — возразил на это Артур. — В физике хотя бы есть красота.

Галя принесла тарелку недавно пожаренного картофеля. От его быстро разносящегося вкусного запаха у всех товарищей заурчало в животе.

— Мужчины, — снова вмешалась она в их достаточно активный полилог, — вам бы не только мировые проблемы решать, но и по домам вовремя расходиться. Ваши жёны мне «спасибо» точно не скажут.

— Моя скажет, — уверенно откликнулся на прозрачный намёк Николай. — Она любит, когда я добрый. А добрым я бываю только после третьей кружки.

— А твоя, Артур? — спросил Виктор. — Елена всё так же играет на пианино, сводя с ума соседей?

Артур широко улыбнулся и изрёк:

— Играет и даже иногда улыбается, когда я прихожу раньше десяти.

— Значит, пей не спеша, а с душою…, — резюмировал Соколов.

Коллеги дружно ели картошку, сдобренную укропом и маслом, заедали её чёрным хлебом и — временами серьёзно, а временами полушутя — дискутировали о том, есть ли у обозначенной теории вероятность попасть в «Теоретическую и математическую физику». Помимо этого, они достаточно эмоционально вспоминали свои студенческие годы, когда им казалось, что наука — это лестница, по которой с одинаковой скоростью поднимаются все. Теперь же лестница представлялась скорее эскалатором, который двигался вниз, а им приходилось, словно опережая само время, бежать вверх.

— Слышали свеженький? — спросил вдруг Яшин, несколько смущённо поглядывая на Галю, стоявшую уже в стороне. — Почему советские телевизоры такие тяжёлые? Потому что гражданину следует помнить: нести идеологию нелегко.

— Запиши-ка это в раздел «Научный юмор» в заявке, — подмигнул Виктор. — Может быть, смягчит сердца заседающих в комитете.

— В комитете сердца заменены на счётчики, — сказал как отрезал Соколов. — Тем не менее, шутить нужно. Юмор — это способ выживания. Даже у электронов есть спин, а у нас — смех.

Артур допил кружку, действительно, не спеша, чувствуя, как по животу расползается тёплая усталость. Однако, под этой усталостью скрывалась достаточно напряжённая пружина. Сегодняшний отказ — это ещё не приговор. Он уже видел, как можно обойти рутину: собрать подписи, отправить в Москву копии расчётов напрямую, подключить старых знакомых по конференциям. Керин визуализировал, как строки формул складываются в мост. Ему оставалось только пройти по нему, не оглядываясь на тех, кто сверху бросает камни.

— Мужики, — он собрался с новыми силами, как мог, — вот что. Завтра пересоберём расчёты по разделу нестабильных состояний. Я перепишу вступление — так, чтобы

поменьше философии, побольше цифр. Отдельно оформим приложение с экспериментальными возможностями. Виктор, попробуй достать время на осциллограф у радиофизиков. Николай, свяжись с Комитетом по изобретениям: вдруг у них найдётся «окно». Яшин, готовь графики, и отдельно — черновик письма в Москву. Напрямую. Без посредников.

— Без посредников? — Николай даже присвистнул. — Люблю, когда учёные становятся смелыми!

— Это — не смелость, — спокойно ответил Артур. — Это — инерция. Если долго толкать систему, то она начинает двигаться сама.

— Слышали? — Соколов поднял кружку. — За инерцию системы и за то, чтобы потенциал не оказался обманчивым!

— И за то, чтобы Эверетт оказался прав — хотя бы в том мире, где нам дадут финансирование! — приободрившись, громко добавил Виктор.

Товарищи пригубили ещё по одной кружке. В этот момент за соседним столом кто-то затянул басом: «Широка страна моя родная…», другие подхватили, и на секунду показалось, что пивная стала маленьким тёплым вагоном, мчащимся неизвестно куда, но зато со всеми вместе.

Галя, собирая пустые тарелки, наклонилась и сказала тихо, почти по-доброму:

— Идите домой пораньше. Ночь нынче скользкая. Не хватало того, чтобы вы поскользнулись и сломали свои… как это у вас… теории.

— Теории у нас не ломаются, — заверил её Николай. — Ломаются только нервы.

Коллеги почти одновременно поднялись из-за общего стола. На улице снег шёл ещё более плотный, чем раньше, фонари расплывались жёлтыми коронами на фоне тёмного неба. Мужчины надели свои шапки, застегнули пальто. На прощание обнялись друг с другом — не слишком крепко, но искренне.

— Завтра, — сказал Артур, — в 16:00.

— Завтра в 16:00, — утвердительно кивнул Виктор.

* * *

Утро выдалось сухим и звенящим: -25ºC. Небо повисло надо всеми тугое и низкое — как натянутая брезентовая крыша. Снег, перемолотый колёсами трамваев, лежал серыми валами вдоль путей; стальные колёса скрежетали где-то за кварталом. Артур Керин продвигался быстрым шагом по проспекту, дышал паром, пальцами через перчатки прощупывал ремешок портфеля — внутри, помимо тетрадей, бултыхались два полнотелых бруска мела и кусок замши для быстрой протирки доски. На перекрёстке виднелась бетонная остановка с облупленной эмалью, на щите расписание 9-го трамвая; двое студентов в ватниках задорно спорили о том, вернут ли «Кандидата» с Редфордом в прокат.

Старый корпус ОмГУ имени Достоевского встретил Артура скрипом массивных дверей и сухим теплом батарей. Мраморные ступени у входа были засыпаны грязным песком от множества уже прошедших ног; за стойкой гардероба женщина с аккуратно уложенной «химией» позвякивала номерками. Керин сдал ей своё пальто, прошёлся по коридору: линолеум расцарапан следами каблуков; пахнет мелом, полиролем и немного — табаком из курилки у лестницы. На стене под застеклённой рамкой висит план эвакуации, рядом торжественно возвышается щит с портретами отличников: фамилии, знакомые по зачёткам…

Физический факультет занимал левое крыло университета. Аудитория 203 — высокая, с тремя рядами широких досок на салазках (нижняя — серая от многолетней меловой пыли).

Отчётливо видны экран для эпидиаскопа, стол демонстратора, а на нём — катушки, соленоид и старый осциллограф с зелёным глазком. Стену украшают портреты гениев классической науки: Менделеев, Шрёдингер, Ландау… Чуть поодаль них скромно оттеняется рамка с «Правилами техники безопасности при проведении лабораторных работ».

Артур первым делом проверил тряпку («влажная — хорошо»), положил на край кафедры мел, протёр центральную панель доски, чтобы не пылила, и уверенной рукой вывел крупные буквы: «СУПЕРПОЗИЦИЯ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ ψ (x,t)».

Пока аудитория наполнялась — хлопанье дверей, смешки — он поставил стрелочные часы на кафедре (45 минут), раскрыл тетрадь со своим авторским конспектом и ещё минуту просто постоял, слушая, как ровно гудит здание: вентиляция, редкий щелчок отопления...

— Товарищи, — произнёс Керин, не повышая голоса, и шум сразу улетучился, — сегодня у нас не «ещё одна тема». Сегодня в центре внимания «сердце» квантовой механики. То, почему классическая интуиция даёт сбой, — суперпозиция и описание состояния через волновую функцию.

Он взял мел и начертил аккуратную горизонталь: ось Х, поверх неё — колоколообразную кривую.

— Волновая функция ψ(x,t) — это особая функция, содержащая все сведения о прошлом настоящем и будущем объекта. Правило Борна: |ψ(x,t)|² — плотность вероятности обнаружить частицу в окрестности x в момент t. Первое требование — нормировка: ∫|ψ|² dx = 1.

Доцент сделал акцент на слове «нормировка», оглядел ряды:

— Нам важно помнить следующее: квантовое состояние — это вектор в гильбертовом пространстве. Измерение же — не просто «взгляд», а проекция на собственное состояние оператора.

На первом ряду потянулась вверх рука: высокий, худой, в аккуратном свитере. Кудрявцев Алексей. Тот самый, кто задаёт вопросы «в лоб».

— Артур Евгеньевич, — быстро заговорил он, — а можно без слов «гильбертово»? Что мы фактически делаем, когда «измеряем»?

— Хорошо, — улыбнулся Артур. — Фактически мы находим систему в одном из собственных состояний оператора наблюдаемой. До измерения состояние — это суперпозиция собственных состояний с амплитудами cn. Вероятность получить собственное значение an равна |cn|². После этого состояние «падает» в соответствующий вектор. Именно это и называется «схлопыванием».

Кериня достал из ящика две деревянных подставки и поставил на стол компактную установку: две щели, экранированная пластина — учебная модель «двухщелевого опыта».

— Классики утверждают: если частица — это «шарик», то интерференции быть не должно. Однако, электрон, прошедший через две щели, даёт интерференционную картину даже в том случае, если посылать по одному за раз. Что это значит? Это означает, что его состояние представляет собою суперпозицию путей. Пока вы не строите детектор «через какую щель», интерференция есть. Поставили детектор — значит, разрушили когерентность; соответственно, и интерференция исчезла.

С дальнего ряда раздалось вполголоса, но достаточно внятно:

— А если мы не смотрим, но «знаем»? — проявилась девушка с тёмной косой. На её столе отчётливо виднелся блокнот с полями, исписанными мелкими формулами.

— «Знаем» — это слишком человеческое слово, — мягко ответил Артур. — Важна возможность получить информацию. Если её можно извлечь на принципиальном уровне, то когерентность нарушается. Ключевое слово — это «декогеренция»: взаимодействие с окружающей средой разрушает суперпозицию.

Он повернулся к доске и написал:

«U(t) = e^{-iHt/ħ} — унитарная эволюция по Шрёдингеру без измерения.

Проекция Pn = |n⟩⟨n| — “скачок” при измерении в копенгагенской трактовке».

— Две динамики: унитарная — гладкая, обратимая; и проективная — моментальная, необратимая. Это и есть корень споров.

Алексей снова поднял руку:

— Получается, что в реальности «скачка» может и не быть?

Артур кивнул и, не торопясь, написал крупно сбоку: «Интерпретации».

— Согласно копенгагенской теории, скачок соответствует постулату, а измерение — особой процедуре. Если же мы рассматриваем теорию Эверетта (то бишь многомировую теорию), то унитарность никогда не нарушается. Вселенная эволюционирует линейно, состояние измеряемого + прибора расщепляется на ветви, соответствующие исходам. Никакого «мистического» схлопывания. Мы же находимся внутри одной ветви.

Откуда-то с задних рядов раздался звонкий смешок:

— Товарищ преподаватель, а есть ветвь, где в гастрономе колбаса без очереди?

Смех дружно прокатился рядками. Артур улыбнулся, не желая остужать студенческий азарт:

— Есть. Однако, оператор «колбаса» у нас сегодня не эрмитов. — Пауза, дождался, когда смех уляжется. — А если серьёзно: математика допускает совместное существование альтернатив. Физика учит, когда и почему альтернативы интерферируют, а когда — смешиваются друг с другом и ведут себя как обычная вероятность.

Он перелистнул тетрадь, достал распечатанную схему Штерна-Герлаха — чернила на ней чуть расплылись, но стрелки были видны:

— Возьмём пример со спином. Пучок серебра через магнит образует два пятна: |↑z⟩ и |↓z⟩. Отберём верхний и пустим через второй такой же — снова верхний. Однако, если между ними вставить анализатор по X и снова по Z, то верх/низ появятся снова. Почему? По той причине, что

измерение переводит состояние в другой базис, и, соответственно, информация о прежнем исходе теряется. Это — несовместимость наблюдаемых, коммутатор операторов [σx, σz] ≠ 0.

Артур в лаконичной форме вывел на доске коммутатор Паули; мела хватало, поэтому линии получились ровными, без лишней прерывистости.

— В классике порядок измерений безразличен. В квантовой же принципиально важен.

С первого ряда от Алексея донеслось:

— А где «граница» между квантовым и макромиром? Почему доска не бывает «в суперпозиции положения»?

Керин ненадолго умолк. Возникла та самая пауза, во время которой аудитория «проваливается» в вопрос.

— Ты правильно выделил акцент. В строгом смысле слова границы вообще нет: формализм один и тот же. Тем не менее, у макросистем чудовищно много степеней свободы; декогеренция уничтожает когерентные фазы мгновенно. Суперпозиции есть, но не наблюдаемы: они превращаются в классические смеси быстрее, чем вы успеете моргнуть.

С задней парты раздался слегка встревоженный тихий голос:

— Товарищ преподаватель, а… если всё разветвляется, то это… как-то касается нас? Людей?

— Касается, — ответил Артур абсолютно спокойно. — Однако, сегодня нас интересует аппарат. Мы обязаны уметь считать: выбрать базис, разложить состояние, найти амплитуды, получить вероятности и средние значения: ⟨A⟩ = ⟨ψ|Â|ψ⟩. Всё остальное отложим на потом.

Доцент снова повернулся к доске и, как перед семинаром, выстроил «лесенку»:

1. Нормировка ψ.

2. Собственные значения/собственные векторы Â.

3. Разложение |ψ⟩ = Σ cn|n⟩.

4. P(an) = |cn|².

5. Эволюция: |ψ(t)⟩ = U(t)|ψ(0)⟩.

— Это — «алфавит». Никакой мистики, только аккуратная математика. Красота же образуется во взаимосвязи теоретической математики с непосредственными опытами.

Он щёлкнул выключателем — коротко погас свет люминесцентных ламп, экран ожил зелёным пятном: начался диафильм с фотографиями интерференции одиночных электронов. Точки, появляющиеся одна за другой, складывались в полосы.

— По одному. Тем не менее, это — всё равно полосы. Состояние — не про незнание, а про устройство.

Электрический свет вернулся. Артур неожиданно вдохнул мелкую пыль, поэтому в носу у него защипало; он сморщился от этого, но, тем не менее, улыбнулся:

— И последнее на сегодня. Мы будем много спорить об интерпретациях. Несмотря на это, пока что договоримся: операторная формулировка, правило Борна, унитарность между измерениями — это каркас. На нём держатся и спектроскопия, и полупроводники, и лазеры, и магнитный резонанс, — всё то, на чём работает наша техника.

С задних рядов кто-то осторожным, почти вкрадчивым голосом произнёс:

— Товарищ преподаватель… а в Афганистане… — студент сбился. — Ну… наши ребята говорят, что «герой — тот, кто выжил». В квантовой механике тоже «выживает» только один исход?

Шум прошёл волной по аудитории, кто-то выпрямился на сиденьях. Артур в ответ на это кивнул достаточно серьёзно:

— В протоколе измерения фиксируется один результат, и мы учимся правильно считать вероятность такового результата. К словам же «кто выжил» мы вернёмся позже — тогда, когда будем беседовать о редких событиях и больших отклонениях. В физике, как и в жизни, важно уметь отличать маловероятное от невозможного.

Когда занятие начало подходить к своему логическому завершению, несколько рук потянулось к тетрадям,

но большинство студентов ожидало, не двигаясь. Артур редко обрывал мысль на половине предложения.

— Домашнее задание, — изрёк он, наконец, после миниатюрной паузы.

— Задача 1: нормировать гауссову ψ(x) и найти ⟨x⟩, ⟨p⟩ и их дисперсии; показать, что Δx•Δp ≥ ħ/2 достигается на гауссе.

Задача 2: модель двух щелей — два базисных состояния |L⟩, |R⟩, вычислить вероятность в точке экрана для когерентного и декогерентного случая.

Задача 3 (для сильных): триада Штерна-Герлаха z-x-z, проследить состояние спина и объяснить, почему «возвращается» нижний канал.

Последовал смех многих студентов в ответ на акцент «для сильных». Кто-то с задней парты даже театрально застонал. Артур улыбнулся краями губ:

— Алексей, вы идёте ко мне на семинар?

— Да, — не раздумывая и уже закрывая тетрадь, отозвался Кудрявцев, — и… спасибо за то, что «без гильбертовых». Однако…, с гильбертовыми тоже было красиво.

— Рад, что вы это понимаете, — резюмировал Артур.

Аудитория опустела не сразу: пара человек пошла к кафедре переспросить содержание формулировок, кто-то осторожно трогал учебную «двухщелевую» установку. Артур неспешно вытирал доску — широкими горизонтальными движениями, чтобы не размазывать меловую кашу — и смотрел, как опять проступает зелёное, поцарапанное поле. На подоконнике лежала чёрная тряпка, пальцы не хотели к ней тянуться: она впитывала хуже, чем замша.