Отличить кота от зеркала

Почти век назад, в 1927 году, состоялась, возможно, самая известная дуэль в истории физики. Участники пятого Сольвеевского конгресса наблюдали, как Альберт Эйнштейн и Нильс Бор, два величайших на тот момент первопроходца неизведанной науки, спорили о решении одной маленькой, но крайне провокационной проблемы: где проходит граница между квантовым и классическим миром?

Окончательный ответ на этот вопрос физики ищут до сих пор. За вековую историю этой задачи (известной как проблема измерения) теоретики перепробовали невероятное количество разных идей — от расщепления мира в мультивселенную до переписывания фундаментальных законов физики, — но так и не пришли к соглашению. Однако, как показывает новая теория, ответ может скрываться в хорошо знакомой многим забаве: игре в .

Квант или не квант

В квантовом мире царят законы вероятности. Всякий квантовый объект, будь то частица, атом или даже молекула, может находиться в суперпозиции — наборе определенных состояний, каждому из которых соответствует его вероятность. Например, фотон, проходя через полупрозрачное зеркало, оказывается в суперпозиции: вместо того, чтобы поделиться на две части половинной интенсивности (фотоны в принципе делиться на части не умеют), пополам делится вероятность. Такой фотон имеет .

Суперпозиция имеет свойство распространяться и усложняться. Пусть за полупрозрачным зеркалом находится атом, который при встрече с фотоном переходит в равновероятную суперпозицию основного состояния и возбужденного (атом поглощает фотон). Тогда, запустив фотон в систему, мы обнаружим суперпозицию трех состояний: 50 процентов достанутся отраженному фотону, который никогда не достигал атома, а другие 50 процентов поделятся поровну между возбужденным и основным состояниями атома. Таким образом, суперпозиция не просто распространилась с фотона на атом: она еще и дополнилась расщеплением на состояния самого атома.

Однако все эти рассуждения поднимают вопрос: когда именно эти вероятности, наконец, реализуются, если законы квантовой механики предписывают суперпозиции лишь распространяться все дальше и дальше? 

Известно, что в конечном итоге — в нашем «большом», неквантовом мире — все объекты со стопроцентной вероятностью занимают то или иное место, несмотря на то, что сами они состоят из квантовых частиц. Соответственно, где-то по пути от микро- до макроскопического масштаба суперпозиция разрушается, выбирая лишь один вариант из всех возможных. Вопрос о том, в какой момент происходит разрушение суперпозиции (или что-то, от него неотличимое), — и есть проблема измерения.

Решением Бора было ввести понятие измерительного прибора — детектора, глаза и так далее — принципиально неквантового объекта, взаимодействие с которым (собственно, измерение) заставляет суперпозицию коллапсировать в определенное состояние. Потерю квантовости кандидата в детекторы обычно связывают с его размером: чем система больше, тем меньше времени она может удержать себя в суперпозиции до коллапса. Соответственно, где-то должен быть условный пороговый размер наибольшей квантовой системы — и вот на этом этапе согласие между физиками резко исчезает.

Парадокс кучи

Для начала уделим немного внимания интерпретациям квантовой механики. Не меняя математический скелет теории, они стремятся придать ему такой смысл, чтобы ответить на вопрос об измерении. Долгое время интерпретации оставались единственным подходом к решению, и за вековую историю их появилось огромное множество — однако ни одна еще не стала достаточно хороша, чтобы сделать остальные нерелевантными.

Это намекает на то, что одних лишь интерпретаций для решения проблемы измерения недостаточно. Нам необходима математическая модификация квантовой механики, которая бы делала коллапс объективным событием: то есть не зависящим от того, как мы его трактуем.

Теории объективного коллапса воплощают мечту Бора: добавляя , они позволяют математически показать, какие объекты будут коллапсировать, и насколько быстро они будут это делать. Такой подход отличается от интерпретаций тем, что производит новую теорию. А это означает, что в ее рамках появляются уникальные предсказания, которые возможно проверить в эксперименте, подтвердив тот или иной ее вариант.

Беда лишь в том, что большинство теорий объективного коллапса выводит квантово-классическую границу через некоторым образом определенный размер объекта. Самый большой объект с квантовыми свойствами был удостоен Нобелевской премии по физике 2025 года (за открытие макроскопического туннелирования, подробнее об этом мы рассказывали в материале «Ток в конце туннеля») — он оказался значимо больше, чем всем знакомая и совершенно неквантовая пылинка. Таким образом, прямые рассуждения порождают взаимоисключающие условия: с одной стороны, пороговый размер должен лежать в области меньше размеров пылинки, а с другой — больше макроскопической волновой функции. 

Это значит, что для корректного определения квантово-классической границы понадобится небольшая хитрость.

Большой и неквантовый

В пылу дискуссии Эйнштейна и Бора появился, пожалуй, самый известный мысленный эксперимент в квантовой механике: кот Шрёдингера. Этим экспериментом Шрёдингер довел ситуацию до абсурда: он показал, что по законам квантовой механики без модификаций в определенную суперпозицию можно ввести произвольно большой объект, даже очевидно неквантового кота. 

Представим, что в замкнутом ящике находится кот, источник одиночных фотонов и прибор, выпускающий ядовитый газ, если в него попадает фотон. Объектив прибора закрыт полупрозрачным зеркалом, поэтому фотон входит в уже известную нам суперпозицию 50 на 50. Измерительный прибор, конечно же, состоит из атомов, поэтому, когда в него попадает наш фотон, он атом за атомом переходит в суперпозицию состояний «сработал/не сработал». Дальше молекула за молекулой вылетает или не вылетает газ — а за ним клетка за клеткой умирает или выживает кот. На каждом этапе, если рассматривать эксперимент «поквантово», суперпозиция «да/нет» спокойно копируется, как заразная болезнь.

Однако прибор, и уж тем более кот, должен приводить к разрушению суперпозиции — это самое базовое требование к теориям объективного коллапса. Должно найтись что-то, что отличает этот случай от интерференционных экспериментов, где один фотон может пройти уйму призм и отразиться от множества зеркал (довольно больших!), не коллапсируя до самого конца. Иными словами, хорошая теория должна ясно ответить на вопрос: как отличить кота от зеркала?

Испорченный телефон

Новая теория, которую ее автор называет «Chinese Whispers» (от британского названия игры «Испорченный телефон»), или сокращенно — ЧиВи-модель, претендует на решение этого вопроса. В препринте, опубликованном на arXiv.org 24 февраля 2026 года, предлагается оригинальная мысль: что, если большой объект разрушает суперпозицию не потому, что он большой, а потому что он в некотором роде длинный?

В ЧиВи-модели постулируется, что каждое копирование суперпозиции имеет некоторую вероятность ее нарушить: как если бы кванты, выстроившись в цепочку, играли в испорченный телефон, делясь исходным состоянием. Таким образом, если количество участников много больше обратной вероятности коллапса, вероятность того, что суперпозиция доживет до ее конца, исчезающе мала.

Если же большой объект все-таки удается ввести в суперпозицию, он не будет стремиться быстро ее потерять, как в случае обычных теорий объективного коллапса: так как цепочка не увеличивается, испорченный телефон не срабатывает, и мы получаем стабильное, потенциально макроскопическое состояние с очень даже квантовыми свойствами. Также коллапс не происходит, если увеличение суперпозиции происходит без копирования: например, если два определенных импульса двух разных квантов становятся неопределенными с сохранением их суммы. Мы увеличили суперпозицию (с нуля до двух частиц), но не спровоцировали испорченный телефон.

Кто длиннее

На этом этапе различие между котом и зеркалом становится практически очевидным. Отдельным частицам зеркала, вообще говоря, практически неважно, прилетел в зеркало фотон или нет: в суперпозицию входит лишь общий импульс всех частиц зеркала как целого, повинуясь закону сохранения импульса при отражении фотона. Копирования набора состояний суперпозиции не происходит, и волноваться не о чем. Кот же, как мы уже видели, многократно копирует состояние фотона, суперпозицию между «да» и «нет»: каждый элемент кота имеет собственные версии «да» и «нет», но математически они представляют собой копию исходной дилеммы. С точки зрения игры в испорченный телефон, кот очень длинный. Стоит суперпозиции сломаться на одном из этапов цепочки и выбрать один из вариантов, как вся система мгновенно коллапсирует в выбранное состояние.

Точно в таком же смысле длинными являются все возможные измерительные приборы, которые по-разному отображают разные квантовые состояния. Прибор, который поднимает стрелку при попадании частицы, копирует ее «попала/не попала» каждым атомом своей стрелки. Фотобумага, которая темнеет маленьким пятнышком в области попадания фотона, не просто включает в цепочку все молекулы в пятнышке, но еще и добавляет в нее каждый фотон внешнего освещения, которому случилось попасть в это пятнышко и поглотиться с чуть большей вероятностью, чем исходной фотобумагой. Таким образом, размер измерительного прибора действительно играет роль, но не напрямую, а косвенным образом.

Что дальше

Главным преимуществом ЧиВи-модели является новый взгляд на фактор размера в вопросе квантово-классической границы. Этот подход избавляет нас от проблемы, с которой мы сталкиваемся, когда пытаемся сравнить размеры пылинки и макроскопической волновой функции (той, что фигурировала в Нобелевском исследовании 2025 года), сохранив общий мотив «квантовый — значит, маленький». Также путем несложного анализа структуры эксперимента он позволяет точно сказать, будет большой объект иметь свойства измерительного прибора или нет.

Более того, как и положено новой теории, ЧиВи-модель предсказывает потенциально обнаружимый эффект. Существует целая категория экспериментов, завязанных на , и в некоторых из них цепочка глухого телефона состоит лишь из одного акта копирования суперпозиции. Соответственно, после устранения из эксперимента всех прочих факторов, разрушающих квантовое состояние, останется некоторая неустранимая погрешность, непосредственно связанная с вероятностью коллапса за один шаг глухого телефона. На настоящий момент оценкой характерной длины цепочки, после которой ее можно считать длинной, является 2,5 участника — очень скромное число. На фоне него триллионы клеток кота смотрятся достаточно убедительно.

Конечно, ЧиВи-модель — не единственный способ подступиться к проблеме измерения, используя как критерий сложность «вовлечения» системы в суперпозицию, а не ее непосредственный размер. Окончательный ответ на столетнюю загадку, скорее всего, будет значимо отличаться. Однако это не лишает модель главной ценности: будучи способной объяснить, почему измерительные приборы все-таки измеряют, она предлагает радикально новый подход к объективному коллапсу. А это значит, что есть надежда на новый виток бурных обсуждений в этой области.