Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью - Адам Беккер

образом[103]. Но ведь наблюдения никак не могут внести возмущение в квантовый мир, если никакого квантового мира, согласно Бору, не существует! Паули, возможно, вошел в противоречие даже с самим собой: он ведь отрицал саму возможность говорить о чем-то, что происходит в отсутствие наблюдателя. Но если бессмысленно говорить о вещах прежде их наблюдения, как тогда мог Паули сказать, что наблюдения внесли во что-то возмущения? В свою очередь, Гейзенберг и Йордан явно противоречили Паули: у них возможность высказывать сильные утверждения о ненаблюдаемых системах никаких сомнений не вызывала. В общем, миф о том, что все эти физики создали единую копенгагенскую интерпретацию, не более чем миф[104].

И все же, невзирая на все различия и расхождения, у Бора, Гейзенберга и остальных членов гёттингенско-копенгагенской группы кое-что общее было. Все они соглашались: бессмысленно говорить о том, что в квантовом мире происходит «в действительности». Им было достаточно возможности делать точные предсказания о результатах измерений. Как выразился Бор через много лет после Сольвеевского конгресса, «неправильно думать, что задача физики – выяснять, что собой представляет природа. Физика устанавливает, что мы можем сказать о природе»[105]. Стало быть, квантовая физика не обязана представлять последовательную и самосогласованную картину того, что происходит в мире, ведь согласно боровскому принципу дополнительности такая картина принципиально невозможна. Достаточно всего лишь точно описать доступные измерению свойства мира, не вдаваясь в вопрос о том, что именно в нем происходит. Короче говоря, квантовую физику не следует серьезно рассматривать как теорию, объясняющую свойства реального мира, – это всего лишь инструмент точного предсказания результатов измерений. Несерьезность эту, однако, следует рассматривать очень серьезно: выдвигая свою версию квантовой физики как «замкнутой теории», Гейзенберг и Борн исключали тем самым саму возможность объяснения квантового мира, независимо от наблюдений, даже в принципе.

Именно здесь и расходились пути Эйнштейна, Бора, Гейзенберга и их идейных соратников. Согласно Эйнштейну, «основная цель всей физики» заключается в «полном описании любой (индивидуальной) реальной ситуации (поскольку она предположительно существует безотносительно какого-либо акта наблюдения или обоснования)». Эйнштейн знал, что, принимая эту точку зрения, он идет против интеллектуального тренда своего времени: «Когда позитивистски настроенный современный физик слышит такие формулировки, его реакцией может быть лишь улыбка сожаления»[106]. Но Эйнштейн считал позитивизм совершенно безосновательным. Он видел в этой концепции полное отторжение идеи физического мира, практически означающее, что реальность существует только в наших головах: «Что мне не нравится в этой аргументации, так это ее в основе своей позитивистский характер, с моей точки зрения несостоятельный; мне кажется, он сводится к тому же принципу, которого придерживался [ирландский философ Джордж] Беркли: esse est percipi [“быть” – значит быть воспринимаемым]»[107]. Хотя Эйнштейн не сомневался в важности новой квантовой теории, он был убежден, что Борн и Гейзенберг ошибаются, говоря о завершенности квантовой физики, и что боровская философия дополнительности неадекватна истинной природе квантового мира. Придуманный им мысленный эксперимент был прост, элегантен и направлен в самое сердце этой неадекватности.

* * *

Рассмотрим, сказал Эйнштейн участникам Сольвеевской конференции, поток электронов, проходящий через очень маленькую дырочку в экране (рис. 3.2). По другую сторону экрана расположена покрытая фосфоресцирующей пленкой полусфера, которая может регистрировать отдельные электроны. В соответствии с законами квантовой физики волновая функция потока электронов должна быть однородна – вероятность того, что электрон попадет в пленку, одинакова в любой точке полусферы. И это хорошо – если правила квантовой физики говорят вам, что в ходе вашего эксперимента на квадратный сантиметр пленки попадет десять электронов, значит, в среднем так оно и будет. Квантовая физика прекрасно умеет описывать коллективное поведение больших групп частиц, но при этом она может определять только вероятности; точно вычислить, сколько электронов попадет в каждую часть экрана, она не умеет, мы можем надеяться получить лишь средние значения.

Рис. 3.2. Мысленный эксперимент Эйнштейна на Сольвеевском конгрессе. Когда электрон попадает в пластинку, откуда остальная часть волновой функции «знает», что надо немедленно коллапсировать? (По диаграмме, приведенной в Bacciagaluppi, Valentini 2009, стр. 486)

Эйнштейн попросил присутствующих рассмотреть случай, в котором через отверстие пролетает одиночный электрон. Квантовая физика по-прежнему предсказывает, что электрон с одинаковой вероятностью сможет попасть в любую точку экрана – никаких более точных предсказаний мы не получим. Что ж, хорошо – может быть, это просто значит, что теория неполна или в каком-то отношении ограничена. Однако, напомнил аудитории Эйнштейн, Гейзенберг и Борн объявили квантовую физику законченной, полной и замкнутой в том объеме, в котором она нам известна. В этом случае не существует никакого средства определить конкретную точку, в которой электрон столкнется с пленкой. Но это создает проблему – и она вовсе не в том, что в природе вещей заключена случайность.

Проблема, с которой мы здесь сталкиваемся, это проблема нарушения принципа локальности (близкодействия)[108]. Он заключается в том, что нечто, происходящее в одной точке, не может мгновенно повлиять на событие, происходящее где-либо еще. Волновая функция нашего одиночного электрона равномерно распределена по всей покрытой пленкой полусфере, и согласно Гейзенбергу, Борну и Бору собственно электрон не находится нигде. Тот факт, что волновая функция электрона распределена равномерно, попросту означает, что пленка с одинаковой вероятностью зарегистрирует столкновение с электроном в любой ее точке. Но, спросил Эйнштейн, что происходит с волновой функцией, когда пленка действительно регистрирует это столкновение в некоторой конкретной точке? Борн показал, что волновая функция частицы пропорциональна вероятности нахождения этой частицы в конкретном месте. Но как только электрон сталкивается с пленкой в конкретной точке, вероятность того, что он попадет в какую-либо другую точку, немедленно обращается в нуль. Значит, каким-то образом волновая функция должна мгновенно обнолиться на всей полусфере в тот момент, когда точка на пленке отметит место удара электрона. Если мы хоть чуть-чуть уклонимся от требования мгновенно обнулить волновую функцию, у нас появится риск увидеть, как пленка регистрирует несуществующий второй электрон в той точке, в которой волновая функция не успела обратиться в ноль. «Этот полностью нереальный механизм действия на расстоянии, – сказал Эйнштейн, – для меня означает противоречие с принципом относительности [то есть со специальной теорией относительности]»[109]. В ней утверждается совершенно ясно, что ни объекты, ни сигналы не могут двигаться быстрее света. Таким образом, если квантовая физика действительно является полным описанием природы, то в ней нарушается принцип относительности. Отсюда Эйнштейн делал очевидный вывод: электрон должен был находиться в некоторой конкретной точке еще до того, как он столкнулся с пленкой, несмотря на то что квантовая физика не могла ничего сказать о его точном местонахождении. По мнению Эйнштейна, этот вывод был