Чтение онлайн

Контекст интерпретаций квантовой механики плюралистичен и, что важно, многочисленные, но безуспешные попытки найти одну-единственную «правильную» ее интерпретацию сейчас, кажется, привели к осознанию, что затея эта сама по себе так же утопична, как и попытка построить вечный двигатель. Плюрализм интерпретаций квантовой механики столь же неизбежен как неизбежна странность того мира, который был открыт (или создан) квантовой механикой. Поэтому было бы неверным утверждать, что поиски интерпретаций квантовой механики, продолжающиеся вот уже 70 лет, с самого начала ее возникновения были бесплодными. Я не говорю уже о многих конкретных результатах, которые были получены на этом пути. Например, введение в рассмотрение математической теории алгебраических решеток (lattice) для выяснения причин, по которым невозможно введение скрытых параметров в квантовую механику (Яух, Пирон) [210, 226, 260]. В принципе, путь к плюрализму интерпретаций квантовой механики был открыт ее Копенгагенской версией, называемой иногда минимальной интерпретацией Н.Бора, осуществившим в физике тот «лингвистический поворот», поворот, который в философии принято связывать с именем Витгенштейна.

Далее, именно страстное стремление понять квантовую механику как единство используемых в контекстах ее дискурсов языков стимулировало осознавание познания как коммуникативной деятельности, как «синергетического движения в языке».

Следуя принципу этого движения, обращение к квантовой механике лучше всего начать опять-таки с середины. Именно с теоремы Белла [185,186,18].

Довольно часто теорему Белла, следуя традиции, формулируют в виде утверждения о невозможности локальных скрытых параметров в квантовой механике. И хотя в научной коммуникации теорема Белла появилась тридцать пять лет назад, в 1964г., как и многое другое, связанное с квантовой механикой, разброс мнений относительно ее значимости велик. Например в оценке такого видного физика теоретика, как Стэпп, «теорема Белла является наиболее глубоким открытием науки» [263]. По мнению известного французского физика д'Эспанья, важность результата Белла заключается в первую очередь в том, что она впервые открыла возможность «прямой экспериментальной проверки общих концепций, лежащих в основе всей современной микрофизики». Американский физик и философ А.Шимони подчеркивает, что после публикации двух статей Белла в 1964 и 1966 годах произошел существенный сдвиг всей проблемы интерпретации квантовой механики. С другой стороны, один из учеников де Бройля, Жорж Лошак, считает, что теорема Белла имеет столь же малое значение для теорий со скрытыми параметрами как известная теорема фон Неймана. Д.Баб, один из бывших сотрудников Д.Бома, рассматривая результат Белла в связи со спором вокруг теоремы фон Неймана, так же как и Лошак, полагает, что этот результат, в конечном счете, не содержит ничего нового.

С другой стороны, Бом, Стэпп, Уилер, Б.Б.Кадомцев подчеркивают, что теорема Белла, по своему значению далеко выходит за проблематику скрытых параметров. Подтверждая ортодоксальную копенгагенскую интерпретацию, теорема Белла одновременно стимулировала процесс переключения гештальта квантовомеханической проблематики, поставив в фокус рассмотрения паттерн сверхсветовых квантовых корелляций и возможность их использования для квантовой коммуникации.

Теорема Белла была впервые сформулирована ее автором, американским физиком-теоретиком Джоном Стюартом Беллом в 1964г. в контексте исследований моделей теорий со скрытыми параметрами. Напомним кратко, что это такое, отметив предварительно, что общая концепция скрытых параметров, как это станет ясно из дальнейшего, в достаточно отчетливом виде ее сторонниками никогда не формулировалась. Тем не менее, когда говорят о скрытых параметрах в квантовой механике, то, как правило, имеют в виду следующее. Известно, что квантовая механика является теорией вероятностного или статистического типа. Это означает, что она в общем случае не дает нам точных представлений результатов эксперимента. Например, она не предсказывает точное место попадания электрона, прошедшего через диффрагирующую систему на фотопластинку. Отсюда возникает предположение, что квантомеханическое описание физической системы с помощью волновой функции не является полным описанием «реального положения вещей», и что существуют некоторые дополнительные гипотетические переменные, которые «скрыты» от нас, то есть не доступны наблюдению и контролю с помощью имеющихся у нас экспериментальных средств. Фиксация этих переменных позволила бы точно предсказывать место попадания электрона на фотопластинку и дала бы тем самым возможность восстановить детерминизм классического типа при описании квантовых явлений. Надо сказать, что причины, по которым гипотеза скрытых параметров до сих пор привлекает внимание современных исследователей, не сводятся непосредственно лишь к стремлению восстановить классический детерминизм в области квантовых явлений. Речь, скорее, идет о стремлении сохранить объективный, «деперсонифицированный» язык описания. Это подтверждает и пример самого Белла. Объясняя мотивы, побудившие его заняться исследованием вопроса о скрытых параметрах в квантовой механике, он в качестве главного из них называет свою неудовлетворенность лежащим в основе принятой интерпретации квантовой механики расчленением физического мира на две принципиально различным образом описываемые области классических и квантовых явлений, и, при этом, без ясной экспликации связи между ними. В современной теории, указывает Белл, наиболее полное описание состояния мира в целом или любой его части имеет форму (1,2,…,i,1,2,…,i), где i — классические переменные, описывающие состояние экспериментальной установки: положение переключателей, стрелок и т.д., а i — соответствующие квантовомеханические функции. Эта неоднородность или, точнее говоря, дуализм описания предполагает существование некоторой границы, разделяющей области классических и квантовых явлений, или, прибегая к более общей философской терминологии, границы между познающим субъектом, который существует в классическом мире, адаптирован к нему, «оснащен» соответствующей системой понятий и приборов, и познаваемым им квантовомеханическим объектом. При этом, если и имеется какое-то согласие в том, что по крайней мере переключатели и стрелки приборов находятся в классическом мире, «с нашей стороны», по эту сторону границы, то относительно «глубин ее залегания» существуют самые разные мнения. Разумеется, в плане практического применения теории, так сказать, в прагматическом аспекте, этот вопрос может и не представляться особо важным. Иное дело, если взглянуть на него с точки зрения фундаментальных принципов теории, которая обычно формулируется в терминах предсказаний результатов возможных экспериментов. Такая форма теории обязывает постулировать в ее собственных рамках существование квантовоклассической границы. Но в таком случае мы, видимо, вправе требовать от теории, чтобы она давала нам и некоторый рецепт, позволяющий всякий раз эту границу достаточно определенным образом идентифицировать. Однако теория в ее существующем виде эту границу не фиксирует, она оказывается подвижной и, во многом, условной. И это обстоятельство можно рассматривать как свидетельство того, что квантовая механика является самосогласованной и непротиворечивой теорией лишь в некотором приближенном смысле. Конечно, то же самое можно утверждать о любой физической теории, но в данном случае речь идет о том, что эта приближенность является внутренним свойством существующей формы квантовой теории. Другими словами, хотя теория построена так, что ее базисные утверждения относятся к результатам «измерений», и, тем самым, концепция измерения приобретает для нее принципиальное значение, сказать ясным образом, что такое измерение она не может. «Ясным образом» означает: не прибегая к нежелательному внутри фундаментальной физической теории дуалистическому языку, наподобие, например, того, который был использован фон Нейманом в его квантовой теории измерения. Для моего понимания подхода фон Неймана, однако, крайне важно, что в центре его внимания был не вопрос о субъективности и объективности (или субъекте и объекте), а вопрос о гносеологической границе их разделяющей; границе, которая, по мнению фон Неймана, условна, конвенциональна, может быть проведена либо «ближе» к субъекту, либо «ближе» к объекту, но она неустранима, что и отражается в синергетическом «двуязычии» квантовомеханического описания. Что же касается поиска иных форм физического описания — не в терминах наблюдения, а в терминах объектов «самих по себе», без ссылок на их отношение к измерительной аппаратуре — то их привлекательность питает стремление завершить образ-гештальт познания как процесса деятельности, продукты которой полностью представимы в объективном, деперсонифицированном языке носителю классического идеала познания, с которым синергетика заключает компромисное соглашение.

Приоритет именно этой языковой формы в описании «внешнего мира» — вот, что определяло позицию Эйнштейна в его видении квантовой механики. И хотя эта позиция неоднократно излагалась как самим Эйнштейном, так и его многочисленными комментаторами и критиками, так, что она полагается хорошо известной и понятной, я бы не стал утверждать, что все здесь до конца выяснено. В свое время Белл, ставя знак равенства между концепцией скрытых параметров и поиском «объективной формы описания квантовых явлений», был склонен зачислять Эйнштейна в сторонники идеи скрытых параметров. С эвристической точки зрения такое личностное отождествление было для Белла плодотворным, но следует подчеркнуть, что Эйнштейн никогда не был сторонником идеи скрытых параметров, о чем сам он неоднократно свидетельствовал. Так в письме к Борну в 1952г. он писал: «Видел ли ты, как Бом (как, впрочем, и де Бройль 25 лет тому назад) верит в то, что квантовую теорию можно детерминистски истолковать по другому? Это, по-моему, дешевые рассуждения, но тебе, конечно, лучше судить». Личностная позиция Эйнштейна в науке могла показаться парадоксальной и противоречивой для «взгляда со стороны». (См. его высказывание о том, как выглядит ученый в глазах последовательно мыслящего философа).

Эйнштейн был привержен идее объективированного и, в этом смысле, деперсонифицированного описания физической реальности. Я думаю, что именно эта приверженность, а не приверженность детерминизму, как считает Поппер, определила его личностную позицию в отношении квантовой механики.

Нужно иметь в виду, что делом жизни Эйнштейна был поиск единого описания мира, котрый переживался им как тайна, как вечная загадка. Единое описание этого мира не было для Эйнштейна равнозначным раскрытию всех его тайн. Напомню, что мир Эйнштейна был созвучен миру Спинозы, и что одним из самых важных для него вопросов был: «дружественная ли среда — наша Вселенная?». Синергетический смысл этого вопроса чрезвычайно существенен для его понимания загадочности мироздания.

Различие в позиции Эйнштейна и точке зрения сторонников скрытых параметров было отмечено также М.Борном, который в комментариях к своей переписке с Эйнштеном по этому поводу писал следующее: «Де Бройль, создатель волновой механики, а также Бом принимают, подобно Шредингеру, результаты самой квантовой механики, но не ее статистического толкования, для чего они допускают скрытые механизмы, «прячущиеся» за волнами, или переписывают формулы так, чтобы придать им вид, который подчиняется детерминистско-механическим законам. Но эти попытки дело далеко не продвинули; мне кажется, что сегодня (1965г.) они почти забыты. Да и Эйнштейн считал эту точку зрения слишком дешевой. Его идеи были радикальнее, но представляли собой некую «музыку будущего». Но и сам Борн испытывал значительные затруднения, стараясь понять точку зрения Эйнштейна на квантовую механику, о чем свидетельствует их послевоенная переписка. К 1954 году, за год до смерти Эйнштейна, спор между ними по поводу квантовой механики обострился настолько, что потребовалось посредничество В.Паули, выступившего в роли адвоката Эйнштейна, хотя и не разделяющего точку зрения последнего, но пытающегося четко сформулировать ее исходные предпосылки.

«Мне кажется, — писал Паули Борну, — Вы создали какое-то чучело Эйнштейна, которое с великой помпой и опровергаете. В особенности, Эйнштейн не считает идею «детерминизма» (как он мне в категорической форме повторил) столь фундаментальной, как это часто кажется, а энергично отрицает, что он когда-либо выставлял подобный постулат в таком виде, что «последовательность подобных состояний тоже должна быть объективной, реальной, то есть автоматической, механической, детерминистской». В такой же мере он оспаривает, что он рассматривал вопрос, «является ли теория строго детерминистской?» в качестве критерия допустимой теории»».

Эйнштейновская отправная точка является скорее «реалистической», а не «детерминистской». Это значит, что его философская «предубежденность» является другой…». В следующем письме Борну Паули еще раз уточняет: «Я полностью разделяю Вашу точку зрения на то, что Эйнштейн «одержим своей метафизикой». Я бы только назвал ее «реалистической» метафизикой, а не «детерминистской». Далее Паули приводит совет Эйнштейна сторонникам квантовой механики. «Во время моего прощального визита к нему он еще добавил, что, по его мнению, следовало бы говорить нам, сторонникам квантовой механики, для того, чтобы быть логически неуязвимыми (но что не совпадает с тем, во что он верит): «Описание физических систем с помощью квантовой механики весьма не полно, но его бессмысленно совершенствовать, поскольку это совершенствование не увязывается с законами природы». «Этой предложенной нам формулировкой я совсем не удовлетворен, — подчеркивает Паули, — поскольку своей метафизичностью она представляется мне схожей с рассуждениями об «ангелах на острие иглы» (как будто существует нечто, о чем никто знать не может)».

Можно предположить, что слова о «бессмысленном совершенствовании» в совете Эйнштейна относились скорее всего именно к попыткам дополнить квантовую механику скрытыми параметрами. Что же касается оценки Паули общей позиции Эйнштейна в отношении к квантовой механике, то она, при всей ее точности, представляется несколько односторонней. В ней нетрудно увидеть упрек Эйнштейну в своего рода философском догматизме, который нельзя признать справедливым. Здесь мы на время прервем наш экскурс в сравнительно недавнюю историю квантовомеханических дебатов и вернемся к Беллу, который в дополнение к двум, указанным выше общим причинам, объясняющим интерес исследователей к скрытым параметрам, приводит еще одну причину уже более конкретного свойства, связанную с особым характером некоторых квантовомеханических предсказаний. Речь идет об известном аргументе Эйнштейна, Подольского, Розена, который был выдвинут против утверждения о полноте квантовомеханического описания реальности и который часто, но не совсем точно называют парадоксом. Опуская технические подробности, мы воспроизводим в качественной форме этот аргумент примерно в том виде, который был придан ему в свое время Бомом, дополняя его изложение некоторыми историческими свидетельствами.

Рассмотрим квантовомеханическую систему двух частиц со спином Ѕ каждая, находящихся первоначально в связанном состоянии с общим нулевым спином, которая затем распадается при помощи процесса, не меняющего полный момент количества движения системы. Частицы удаляются друг от друга на некоторое, вообще говоря, макроскопическое расстояние, такое, что силовое взаимодействие между ними становится равным нулю. В принципе, они могут достичь областей, отделенных друг от друга пространственноподобным интервалом, что согласно СТО должно исключать динамически причинную связь между ними. В каждой из этих областей располагается измерительная установка, контролируемая экспериментатором, который свободен выбирать, изменять и фиксировать те или иные экспериментальные макропеременные, такие, как, например, ориентация магнитного поля в анализаторе типа прибора Штерна-Герлаха. При желании функцию экспериментатора можно передать генератору случайных чисел автоматически управляющим макропараметрами прибора.

Устанавливая определенную ориентацию магнитного поля в направлении произвольно выбранного нами вектора a0, мы можем измерить проекции на него спинов обеих частиц 1a и 2a. При этом, если измерение 1a дает нам значение, скажем +1, то, согласно квантовой механике, измерение 2a обязательно даст величину –1, и наоборот. Иными словами, результат второго измерения оказывается предопределенным. Вообще говоря, в этом нет ничего удивительного. Ведь, в конце концов, обе частицы имели общее прошлое, что и отражается в существовании корреляций между результатами измерений. Более того, этот факт вовсе не специфичен для квантовой механики, он имеет место и в классической физике. М.Борн в своей переписке с Эйнштейном, к которой мы уже обращались выше, на это специально указывал. Он приводил пример обычного оптического двойного лучепреломления, где, измеряя поляризацию одного из лучей, мы сразу же получаем информацию о поляризации второго. Иными словами, мы «измерениями системы в одном месте пространства кое-что установили для системы в другом месте пространства. Такая возможность основана на знании того, что оба луча возникли после прохождения одного через кристалл, говоря языком оптики, — что они когерентны...». Этот пример, подчеркивает Борн, «показывает, что такие вещи происходят в обычной оптике. Квантовая механика только обобщила это дело... пространственно удаленные объекты, имеющие общую первопричину, вовсе не дожны быть независимыми. Я думаю, что этого нельзя отрицать и нужно просто принять это». И все же кажущиеся столь очевидными доводы Борна, столь же очевидно не убеждали Эйнштейна. Причину этого, возможно, удастся лучше понять, если мы теперь обратимся к системе исходных допущений, лежащих в основе аргументации Эйнштейна и его сотрудников, в пользу тезиса о неполноте квантовой механики. Эта система включает в себя две явно сформулированные предпосылки. Во-первых, критерий реальности: «Если мы можем без какого бы то ни было возмущения системы предсказать с достоверностью (т.е. вероятностью равной единице) значение некоторой физической величины, то существует элемент физической реальности, соответствующий этой физической величине. Во-вторых, критерий полноты. Физическая теория полна лишь в том случае, если каждый элемент физической реальности имеет свой аналог (counterpart) в физической теории. Но помимо этих явно сформулированных предпосылок, аргументация Эйнштейна, Подольского, Розена содержала в себе, как отмечает М.Джеммер, также некоторые и неявные допущения [226]. Во-первых, они с самого начала признавали, что квантовую теорию следует рассматривать как «правильную», то есть эмпирически обоснованную теорию, статистические предсказания которой подтверждены экспериментом. Далее, они временно допускали справедливость концепции Гейзенберга, согласно которой мы не вправе в общем случае приписывать квантовомеханической наблюдаемой до измерения какое-либо определенное значение, а, следовательно, считать ее элементом физической реальности в смысле вышеприведенного определения. Здесь стоит заметить, что в понимании Гейзенберга квантовый объект до измерения следует мыслить в форме некоторой потенциальности, тенденции или возможности, количественная сторона которой выражается понятием вероятности. Причем, с его точки зрения, вероятность имеет статус «нового вида» объективной физической реальности, которую в духе философии Аристотеля, следует располагать где-то «на полпути между осязаемой (massive) реальностью материи (matter) и интеллектуальной реальностью идеи или образа.