В Московском институте электроники и математики (МИЭМ) ВШЭ с лекцией «Первые сто лет квантовой физики. Что дальше?» выступила физик-теоретик профессор Ана Мария Четто. Она рассказала о фундаментальной проблеме отсутствия единой интерпретации квантовой теории и недостаточного понимания ее физических оснований. Лекцию посетил Чрезвычайный и Полномочный Посол Мексиканских Соединенных Штатов в РФ Эдуардо Вильегас Мехиас.
Лекция была организована по инициативе Центра квантовых метаматериалов МИЭМ. С напутственным словом к студентам обратился директор МИЭМ Дмитрий Коваленко. Он отметил, что в 2025 году мир отмечал столетие квантовой физики, и подчеркнул важность темы для студентов, особенно младших курсов, для которых эта лекция может стать первым шагом в квантовую науку.
Зачем проводился Международный год квантовой науки
Профессор Четто, один из инициаторов провозглашения 2025 года Международным годом квантовой науки и технологий, рассказала, что стояло за этим решением.
В 2025 году исполнилось сто лет со дня публикации знаменитой статьи Вернера Гейзенберга, с которой начался квантовый формализм, а в 1926 году Эрвин Шредингер опубликовал свои работы по волновой механике. Международный союз теоретической и прикладной физики (IUPAP) инициировал кампанию, которую затем одобрило ЮНЕСКО.
Ана Мария Четто — физик-теоретик, исследователь Института физики Национального автономного университета Мексики, дважды лауреат Нобелевской премии мира (в составе Пагуошского движения ученых в 1995 году и МАГАТЭ в 2005 году).
По словам профессора, у инициативы было две главные мотивации. Первая — практическая. Квантовые технологии становятся важнейшей отраслью с серьезным экономическим эффектом, и страны, развивающие их, получают ощутимое преимущество. Однако квантовая наука развита неравномерно: если в ряде стран, включая Россию, есть сильные исследовательские группы, то в большинстве государств эта область практически не представлена. Вторая мотивация — фундаментальная: квантовая механика, несмотря на сто лет развития, остается теорией, физические основы которой не до конца понятны даже самим физикам.
Квантовое дерево и его корни
Профессор предложила метафору. Квантовая механика — это ствол дерева, от которого отходят ветви современной физики: физика высоких энергий, материаловедение, квантовые вычисления, квантовая связь. Чтобы дерево давало плоды, ему нужны крепкие корни. Плоды уже видны — это сети квантовой связи, квантовые компьютеры, распределенная запутанность. Но корни, то есть физическое понимание того, почему квантовая механика работает именно так, остаются слабыми.
Ключевая проблематика, обозначенная в лекции: квантовый формализм успешно описывает, как работает природа, но не объясняет, почему она работает именно так. Что такое корпускулярно-волновой дуализм, как возникает квантовая запутанность, какова природа волновой функции, почему происходят квантовые флуктуации, существуют ли реальные траектории частиц — на эти фундаментальные вопросы нет понятных ответов. Опрос, проведенный журналом Nature в 2025 году среди более чем тысячи активных квантовых ученых, показал: физики расходятся во мнениях о том, что квантовая механика говорит о реальности. Единая интерпретация отсутствует даже спустя сто лет после создания теории.
Стохастическая электродинамика: поиск глубинного уровня
Профессор Четто рассказала о направлении, в котором работает ее группа, — стохастической электродинамике. Ее отправная точка — открытие Макса Планка (1911–1912) о том, что электромагнитное поле излучения существует даже при нулевой температуре. Это так называемое поле нулевых колебаний пронизывает всю Вселенную и постоянно взаимодействует с частицами. В 1963 году Тревор Маршалл показал, что гармонический осциллятор с учетом реакции излучения и поля нулевых колебаний приходит в стационарное состояние, точно совпадающее с основным состоянием квантовомеханического осциллятора, — без предварительного квантования.
Дальнейшие исследования группы Четто показали, что резонансный отклик частиц на определенные моды поля объясняет появление спектральных линий, а одинаковые частицы, реагируя на одну и ту же моду, коррелируют — это и есть механизм запутанности, опосредованный полем. Таким образом, кажущаяся нелокальность квантовых явлений может иметь локальное физическое объяснение.
Что дальше
По мнению профессора, субквантовая теория, учитывающая взаимодействие частиц с полем нулевых колебаний, восстанавливает причинность в квантовых явлениях, дает возможность визуализации квантовых процессов и открывает дорогу к новым, еще не исследованным областям физики. Современные эксперименты с временным разрешением порядка 10 в минус 15-й степени секунд уже приближаются к масштабам, на которых стандартный квантовый формализм может оказаться недостаточным.
Главные вызовы будущего
Технологические — борьба с декогеренцией в квантовых вычислениях на больших масштабах. Фундаментальные — потребность выйти за рамки формализма (в качестве примера была приведена знаменитая формула «заткнись и считай») и понять физическую суть квантовой теории. Профессор выразила осторожный оптимизм по поводу перспектив объединения квантовой механики и общей теории относительности, добавив, что это задача для следующего поколения физиков.