Кот Шредингера ни жив, ни мёртв

• Архив журнала «НАУКА И ЖИЗНЬ»

С именем австрийского учёного Эрвина Шрёдингера связан негуманный, но, к счастью, оставшийся мысленным эксперимент, с помощью которого учёный хотел показать неполноту квантовой механики, то есть её неспособность объяснить некоторые явления. В оригинальной статье Шрёдингера этот эксперимент описан так:

«Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счётчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдёт. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы (уравнение, описывающее квантовое состояние системы. — Прим. ред.) в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мёртвого кота (простите за выражение) в равных долях...

В подобных случаях неопределённость, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределённость, которая может быть устранена путём прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять “модель размытия” как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечётким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана».

Состояние радиоактивного атома описывается суперпозицией, то есть смешением двух состояний — распавшегося и не распавшегося. Следовательно, кот и жив, и мёртв одновременно. Но если кто-то откроет крышку (осуществит наблюдение), то квантовое состояние суперпозиции разрушится и наблюдатель увидит либо живого, либо мёртвого кота.

В копенгагенской интерпретации этот парадокс объясняется достаточно просто: волновая функция при наложении на макрообъекты разрушается, поэтому кот не может находиться в состоянии суперпозиции по определению. А многомировая теория предполагает, что в момент наблюдения образуются два состояния наблюдателя, в одном из которых он видит живого кота, а в другом — мёртвого. Как уже говорилось в статье, квантовая механика не поддаётся объяснению с точки зрения обыденной логики и опыта, поэтому придётся поверить учёным на слово и подождать, пока в этом вопросе появится больше ясности.

В любом случае от опытов с живыми котами следует воздержаться.

Как появились домашние кошки

По самым свежим данным

Кирилл Стасевич, биолог

У древних египтян были особые отношения с кошками: их почитали как священных животных; мумифицировали, подобно людям; изображали в скульптуре и на фресках. И самый первый кошачий «портрет» написали египтяне. Это была роспись в одной из гробниц к югу от Каира, сделанная около 1950 года до н. э., то есть почти четыре тысячи лет назад. На ней кошка пристально смотрит на приближающуюся крысу.

Довольно долго считалось, что и приручили кошек египтяне. Однако в 2004 году на Кипре открыли захоронение возрастом 9500 лет до н. э., в котором вместе с человеком нашли кошку. Дикого зверя вряд ли положили бы в могилу. Выходило, что кошки жили с людьми задолго до того, как они появились в Египте. Родиной домашних кошек стали считать Ближний Восток и про Египет на некоторое время забыли. Но ненадолго: в 2008 году на юге Египта открыли захоронение, в котором нашли шесть кошек — самца, самку и четырёх котят. Хотя это захоронение было моложе кипрского (около 6000 лет), стало ясно, что в Египте кошек знали намного раньше, чем считалось до недавнего времени.

Известно, что предком домашней кошки был степной кот Felis silvestris lybica — он и сейчас обитает в степных, пустынных и отчасти горных районах Африки, Передней, Средней и Центральной Азии, в Северной Индии, Закавказье и Казахстане. В 2007 году удалось установить, что все современные кошки произошли именно от него.

Со временем у домашних кошек в геноме накапливались те или иные изменения, и, если по древним останкам животных проследить, как и когда такие изменения возникали, можно точно установить, где впервые появились домашние кошки и как они распространялись по земному шару.

Именно это попытались сделать Эва-Мария Гайгль и Тьерри Гранже из Института Жакоба Моно (Франция) вместе с коллегами из научных центров Австралии, Армении, Румынии, Германии и других стран. Они проанализировали более двухсот образцов ДНК, взятых из останков кошек возрастом от 100 до 9000 лет, которые нашли при археологических раскопках в Европе, Африке и на Ближнем Востоке. Для анализа использовали не обычную, ядерную, ДНК, а ту, которая содержится в митохондриях. Митохондриальная ДНК передаётся только по материнской линии, так как после оплодотворения у зародыша сохраняются лишь те митохондрии, которые были в яйцеклетке. По такой ДНК можно сравнительно легко восстановить женскую линию родословной, не отвлекаясь на отцовские гены.

У степного кота есть свой «митохондриальный портрет» — характерные особенности в ДНК митохондрий, которые отличают его от других родственных видов. В статье, опубликованной в журнале «Nature Ecology & Evolution», сообщается, что впервые домашние кошки, более всех похожие по митохондриальному геному на степного кота, появляются 9000 лет назад в захоронениях, раскопанных на территории современной Турции. И это вполне согласуется с «ближневосточной» гипотезой: именно в этих местах около 10 000 лет назад дикие кошки обнаружили, что вблизи запасов пищи, сделанных человеком, в изобилии водятся грызуны и что с людьми поэтому лучше дружить. Митохондриальный портрет таких кошек назвали «типом А». Примерно 4400 лет до н. э. кошки этого типа появляются на территории современной Болгарии, 3200 лет до н. э. — там, где сейчас Румыния, а далее они распространяются по остальной Европе, Азии и Африке. Поскольку кошкам свойственна территориальность и к долгим путешествиям они не склонны, быстро расселиться на всех континентах животные, очевидно, смогли только с помощью людей.

Но вернёмся в Египет. Оказалось, что у египетских кошачьих мумий митохондриальная ДНК отличается от ДНК кошек «типа А». «Египтянок» обозначили «типом С», и первые из них относятся примерно к 800 году до н. э. Возможно, кошки «типа С» появились в Египте и раньше, но извлечь необходимое для анализа количество ДНК из более древних захоронений не получилось.

Со временем египетские кошки стали очень популярны: к пятому веку нашей эры их можно было встретить во всей Европе и по всему Средиземноморью, а к концу первого тысячелетия в некоторых местах они полностью вытесняют кошек ближневосточного типа. Популярность кошек «типа С» можно объяснить пресловутым особым отношением египтян к этим животным: кошек в Египте становилось всё больше и больше, и здесь среди них, что особенно важно, отбирали не только хороших охотников, но и приятных «сожителей», избавившихся от дикой неуживчивости. Изменения, происходившие постепенно в египетских кошках, прослеживаются и в египетском искусстве: поначалу животных изображали за каким-нибудь полезным занятием, вроде ловли крыс, но потом кошки на росписях всё больше «одомашниваются» и становятся ближе к людям — они уже вместе с хозяевами ловят птиц, у них появляются ошейники, они сидят под стулом, пока люди заняты обедом, как на одной из фресок, датируемой около 1500 года до н. э.

Но откуда кошачий «тип С» появился в Египте? Можно предположить, что египтяне одомашнили кошек независимо от других народов, взяв за основу местную популяцию степных котов, чья митохондриальная ДНК после одомашнивания «с нуля» дала «тип С», — в этом случае местные домашние кошки именно здесь и возникли. Но могло быть и по-другому: вначале в Египте появляются ближневосточные кошки «типа А», которые позже в результате скрещивания с местными дикими котами превращаются в коша чий «тип С». И впоследствии египтяне держали дома именно таких домашних кошек с «дикими» генетическими добавками.

Как бы то ни было, все современные кошки — это смесь «типа А» и «типа С». И даже если египтяне сами никого не одомашнили, именно они сделали кошек всеобщими любимцами, научив их общению и ласке. Любопытно, что гены, контролирующие окраску, у домашних кошек очень долго оставались в неизменном виде, и только около XIV века н. э. появляются животные, у которых «дикая» полосатая окраска «расползается» в разнообразные пятна и «кляксы». Если взять для сравнения собак или лошадей, то они «переоделись в домашнее» довольно рано, а вот до внешнего вида кошек, вероятно, долго никому не было дела — главное, чтобы научились вести себя в доме.

В 2001 году во время раскопок в Центральном Китае, в местечке Цюаньхуцунь, где когда-то была ферма доисторических земледельцев, нашли несколько кошачьих костей возрастом 5300 лет. Анализ останков показал, что это были домашние кошки: они ели каких-то животных, которые, в свою очередь, питались злаками (то есть, очевидно, кошки охотились на мелких грызунов), и о них явно заботились люди (часть костей принадлежала довольно старому зверю, который, скорее всего, не дожил бы до такого возраста без человеческой помощи). Возник вопрос, откуда взялись эти животные: пришли с ближневосточными торговцами или их одомашнили прямо здесь? Исследователи из Сорбонны и Абердинского университета вместе с китайскими коллегами пришли к выводу, что все доисторические кошачьи кости, которые удалось найти на территории Китая, принадлежат бенгальской кошке — Prionailurus bengalensis. В статье, опубликованной в прошлом году в научном журнале «PLoS ONE», авторы приводят несколько доводов в пользу того, что это были не просто дикие животные, которые бродили рядом с поселением человека, а именно кошки, находящиеся на ранней стадии приручения. Перечислим эти доводы: некоторые останки принадлежали кошкам, которые были немного меньше диких особей (то есть процесс одомашнивания уже происходил), а одну из кошек похоронили целиком, что указывает на особые отношения между животным и человеком.

Однако «эксперимент» по приручению бенгальской кошки закончился ничем: со временем в Китае появились уже давно приручённые потомки степного кота, которые были более послушными, более полезными в хозяйстве и которые лучше знали, чего от них хотят люди, да и сами люди понимали, о чём мяукает их кошка.