Синергетика как феномен постнеклассической науки - Владимир Аршинов

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 σ1a и σ2a. При этом, если измерение σ1a дает нам значение, скажем +1, то, согласно квантовой механике, измерение σ2a 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.

И, наконец, наиболее важным компонентом во всей системе артикулированных предпосылок позиции Эйнштейна следует считать условие «объективных локальных причин». Согласно этому условию, если во время измерения «две системы уже не взаимодействуют, то в результате каких бы то ни было операций над первой системой во второй системе уже не может получиться никаких реальных изменений». Это условие в статье Эйнштейна, Подольского, Розена специально не выделялось, о нем просто говорилось по ходу дела, видимо потому, что оно рассматривалось как нечто само собой разумеющееся. Между тем, именно это условие и было по существу тем стержнем, который фиксировал концептуальную перспективу, в рамках которой Эйнштейн рассматривал всю проблему физической реальности и полноты ее квантовомеханического описания. Позднее, уже в послевоенные годы, Эйнштейн неоднократно подчеркивал, что отказ от этого условия был бы, по его мнению, равносилен отказу от возможности объективного установления «эмпирически проверяемых законов в привычном для нас смысле».

Для Эйнштейна тезис о независимости измерений, производимых в разных, достаточно удаленных друг от друга местах пространства, и тезис о полноте квантовомеханического описания физической реальности находились во взаимоисключающем отношении, и поскольку принцип независимости измерений, или условие локальности, по Эйнштейну, имеет статус необходимой и фундаментальной предпосылки научного исследования, то, очевидно, необходимо отказаться от предположения о полноте квантовомеханического описания реальности. Такова вкратце суть аргумента Эйнштейна, Подольского, Розена в свете более позднего взгляда Эйнштейна на квантовую механику.

Но почему все-таки вышеуказанные тезисы в глазах Эйнштейна исключали друг друга? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо реконструировать внутреннюю логику его позиции. Не претендуя на полное решение этой задачи, выскажем лишь некоторые соображения по этому поводу. Обратим внимание, что принцип «объективных локальных причин» формулируется Эйнштейном применительно к макроскопическим системам просто как общее условие физической независимости (но не логико-информационной, как ошибочно понимал его М.Борн) измерений, производимых в разных местах пространства. Отдавая в теоретико-методологическом плане приоритет этому условию, Эйнштейн совершал коммуникативную инверсию своей позиции, вставая на позицию идеализированного экспериментатора, оперирующего макропеременными приборами в обычном трехмерном пространстве и наблюдающего за последовательностью макроскопических событий. Это позиция творца специальной теории относительности. Эти события экспериментатор интерпретирует как процесс детектирования и регистрации частиц, обладающих неким свойством, именуемым «спином». Частицы могут иметь разные ориентации этого свойства, например, «вверх» или «вниз» в отношении направления магнитного поля, которое устанавливает экспериментатор. Теперь у него возникает следующий вопрос: может ли он рассматривать эти отдельные макроскопические события в качеств физически независимых от макропеременных, контролируемых его коллегой в области достаточно удаленной от него, например, в области отделенной пространственно-подобным интервалом? Вопрос, как видим, непосредственно касается макроскопической ситуации в обычном трехмерном пространстве, и ответ на него, с точки зрения Эйнштейна, в облике экспериментатора должен быть положительным. А как обстоит дело с точки зрения квантовой механики? Здесь Эйнштейн был готов на компромисс принятия онтологии «потенциальностей» Гейзенберга, подчиняя ее, однако, своему условию локальности как познавательного принципа, справедливого для обычного трехмерного пространства, претендующего, кстати, на описание «наблюдаемых в эксперименте явлений». В результате этой операции и возникает неприемлемый для Эйнштейна образ локально «мерцающей» квантовой реальности. Действительно, допустим, что в процедуре измерения, произведенной над первой частицей, реализуется одна из потенциальностей наблюдаемой физической системы. Но какую именно систему наблюдает экспериментатор? В рамках локальной картины ответ ясен: он наблюдает частицу, точнее говоря, проекцию ее спина на заданное им направление магнитного поля. В таком случае получается, что вторая частица по какому-то скрытому от нас сверхсветовому коммуникативному каналу мгновенно «узнает», в каком направлении ей надо иметь определенное значение проекции своего спина. Квантовая механика, таким образом, нарушает условие «объективных локальных причин» на уровне отдельных макрособытий и в этом смысле является нелокальной теорией. Конечно, правомерность таких рассуждений может быть легко поставлена под сомнение. Ведь вся картина нелокально связанных или мгновенно сообщающихся между собой частиц возникает лишь тогда, когда мы пытаемся осмыслить квантовую взаимосвязанность удаленных друг от друга частиц в рамках «реального» трехмерного пространства и органически связанной с ним концепции, по которой каждая из этих систем предполагается физически локализуемой, то есть имеющей некие фундаментальные качества или свойства, не зависящие сколь-нибудь существенным образом от взаимосвязей между ними. Но, если мы будем придерживаться последовательно квантовомеханической точки зрения, то нам придется расстаться с этой картиной. Но как же понимать все это с позиции идеализированного экспериментатора? Примет ли он позицию квантового теоретика, сообщающего ему, что с позиции квантовой механики эволюция квантовой системы из N частиц описыватся решением уравнения Шредингера не в обычном трехмерном, а в абстрактном, 3N-мерном конфигурационном пространстве? Поэтому рассматривать «волны вероятности» в обычном пространстве не следует, это ведет к парадоксам. Нужно твердо усвоить, что волновая функция не является классическим понятием и, в этом смысле, она, по словам М.Борна, «недоступна человеческому пониманию». Или только пониманию нашего экспериментатора?