2.2. Дискуссии бора и эйнштейна по проблемам теории познания в атомной физике и их последующие результаты

Создатели квантовой механики, занятые в первые годы ее становления математическими и собственно физическими ее аспектами, первоначально недостаточно подвергали критическому анализу ее основы и в целом относительно мало обращали внимание на гносеологические и мировоззренческие ее проблемы. Однако это не относится к А.Эйнштейну и его единомышленникам. Одной из наиболее принципиальных явилась статья А.Эйнштейна, Б.Подольского и Н.Розена “Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?” (1935 г.).

Авторы статьи основывались на следующих идеях: “При анализе физической теории необходимо учитывать различие между объективной реальностью, которая не зависит ни от какой теории, и теми физическими понятиями, с которыми оперирует теория. Эти понятия вводятся в качестве элементов, которые должны соответствовать объективной реальности, и с помощью этих понятий мы и представляем себе эту реальность…

Какой бы смысл не вкладывался в термин “полное описание”, от всякой полной теории, как нам кажется, необходимо требовать следующее: каждый элемент физической реальности должен иметь отражение в физической теории. Мы будем называть это условием полноты…

Элементы физической реальности, - продолжают авторы, - не могут быть определены при помощи априорных философских рассуждений; они должны быть найдены на основе результатов экспериментов и измерений. Однако для наших целей нет необходимости давать исчерпывающее определение реальности. Мы удовлетворимся следующим критерием, который считаем разумным. 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” (Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. Т.3.С.604-605).

Предложенный далее авторами мысленный эксперимент (ЭПР парадокс) с двумя микросистемами, основывался еще на одном правоверном классическом положении, согласно которому две системы первоначально провзаимодействовавшие друг с другом и затем переставшие взаимодействовать, не могут и реально влиять друг на друга (эйнштейновское требование локальности, совпадающее с отрицанием дальнодействия). Разумеется, между частицами при этом могут существовать связи, выражающиеся законами сохранения, которые сами по себе не изменяют состояния частиц. Итоги обсуждения мысленного эксперимента привели авторов к заключению о том, что квантово-механическое описание физической реальности посредством волновых функций не является полным, хотя в принципе в будущем возможна новая теория полного описания.

Представление о неполноте квантово-механического описания обосновывалось во многом как попытка восстановить идеал полного детерминизма в классическом духе. Именно в этом направлении разрабатывалась гипотеза (Л.де Бройль, Д.Бом, Ж.-П.Вижье) о наличии у квантовых объектов дополнительных степеней свободы - “скрытых параметров”, учет которых сделал бы поведение системы полностью детерминированным в смысле классической механики; утверждалось то, что главные проблемы микромира связаны с неопределенностью и непредсказуемостью, что будто бы является следствием незнания и не учета скрытых параметров; восстановление классического детерминизма начиналось с переинтерпретации самой волновой функции, которую и пытались связать со скрытыми параметрами. “Тот взгляд, что на этот вопрос (о скрытых параметрах - ред.) когда-нибудь будет получен положительный ответ, имеет … выдающихся представителей … Если бы он подтвердился, то сегодняшнюю форму теории пришлось бы объявить предварительной, поскольку описание состояний с помощью волновых функций оказалось бы тогда существенно неполным”, - писал один из явных противников концепции скрытых параметров - И. фон Нейман. (Нейман И.фон. Математические основы квантовой механики. М., 1964. С. 157-158).

Многолетнюю дискуссию по проблеме полноты квантово-механического описания вовсе нельзя признать бессмысленной, ибо в ходе нее действительно углублялось понимание основ квантовой теории в рамках поисков ее наиболее приемлемой интерпретации. ЭПР парадокс объективно поставил перед квантовой механикой такие фундаментальные вопросы, окончательные ответы на которые до сих пор не получены.

Новым витком в развитии понимания оснований квантовой физики явилась так называемая “тема Белла”, связанная с осмыслением теоремы или неравенств Дж.С.Белла, вплоть до попыток их экспериментальной проверки.

Главная идея теоремы Белла связана с утверждением о невозможности локальных скрытых параметров в квантовой механике. При этом стало возможным проведение экспериментальной проверки, вытекающих из нее некоторых следствий. За прошедшие годы различными группами экспериментаторов была проведена основательная работа по проверке предсказаний квантовой механики в аспекте теоремы Белла. И хотя, разумеется, эту работу нельзя считать полностью завершенной, однако большинство выполненных измерений, бесспорно, свидетельствуют в пользу отсутствия скрытых параметров. При этом эйнштейновское требование локальности оказалось несовместимым с принципиально статистическими предсказаниями квантовой теории, и эксперимент разрешил это противоречие в пользу последней.

Квантовая механика действительно оказалась нелокальной теорией именно в смысле отрицания эйнштейновского условия локальности. Квантовая нелокальность (неразделимость, “несепарабельность” или целостность) вовсе необязательно указывает на возможность передачи информации со сверхсветовой скоростью ( эффект дальнодействия в квантовом мире). Вместе с тем, в теореме Белла как в фокусе сосредоточились проблемы истолкования принципов нелокальности и детерминизма. “Теорема Белла, - писали Дж.Клаузер и А.Шимони, - представляет собой важное достижение в понимании концептуальных оснований квантовой механики. Теорема показывает, что по существу все локальные теории естественных явлений, сформулированные в рамках реализма, могут быть проверены, используя единственное экспериментальное приспособление. Более того, предсказания этих теорий должны существенно различаться от предсказаний квантовой механики. Экспериментально результаты явно опровергают предсказания теоремы для этих теорий и соответствуют предсказаниям квантовой механики. Выводы, вытекающие из этой теоремы, философски поразительны: либо необходимо полностью отказаться от реалистической философии большинства работающих ученых, либо драматически пересмотреть наше понимание пространства-времени” ( Clauser J.F., Shimony A. Bell`s Theorem: Experimental Tests and Implications // Reports on Progress in Physics. 1978. Vol.41. N.12. P. 1881) (последнее в известном смысле реабилитирует принцип дальнодействия).

Описываемые динамическими уравнениями близкодействующие связи в квантовой теории могут быть названы динамическими. Наряду с последними в квантовой теории существуют иные формы связи, которые, в частности, называют “несиловыми взаимодействиями”, а в некоторых случаях даже логической связью. Так, В.А.Фок писал: “С нашей теперешней точки зрения разъяснение парадокса Эйнштейна состоит в том, что всякое новое измерение (и связанное с ним воздействие) меняет потенциальные возможности и отображающие их прогнозы, причем это изменение прогноза не есть физический процесс. Рассматриваемые Эйнштейном две подсистемы, конечно, не связаны механически, но относящиеся к ним потенциальные возможности и прогнозы связаны логически и новый факт … , меняющий прогноз для второй подсистемы, автоматически меняет прогноз и для первой подсистемы. Такого рода логическую связь между потенциальными возможностями для двух подсистем можно было бы назвать “несиловым взаимодействием” между ними” (Фок В.А. Замечания к статье: Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике // Успехи физических наук. 1958. Т.66. Вып.4. С.592).

Современное изучение разнообразных квантовых явлений и эффектов (ЭПР парадокс , принцип Паули, обменное взаимодействие, несиловые корреляции, тема Белла и др.) идет в русле не традиционного поиска какого-то физического агента, а в плане принципиального пересмотра представлений о квантовой реальности. Развитие квантовой физики привело к необходимости осмысления феномена квантовой целостности, которая может быть понята или в духе Бора (целостность экспериментальной ситуации) или в духе Эйнштейна – Фока (целостность квантового объекта самого по себе). Формирующаяся ныне концепция квантовой целостности выглядит как наиболее привлекательная научная гипотеза, призванная объяснить природу квантовых корреляций. Согласно этой концепции “ответственность” за корреляции возлагается на целостность квантовой системы. Это, в частности, означает, что в примере эйнштейновского мысленного эксперимента исходная система хотя и распадается на две подсистемы, лишенные реального физико-энергетического воздействия между ними, однако само это разложение не абсолютно, а фактически благодаря имеющейся конечной неразложимости исходной системы, потенциальные возможности двух возникших из нее подсистем оказываются принципиально скоррелированными между собой. Иными словами, взаимная согласованность потенциальных возможностей подсистем детерминирована именно неделимостью исходной квантово-физической системы. Отсюда вытекает, как подчеркивает И.З.Цехмистро, "“.. . не физически-причинный (связанный с переносом энергии), а импликативный, объективно-логический характер рассматриваемой связи. Такой характер взаимозависимости состояний подсистем и взаимной согласованности их потенциальных возможностей и побуждает В.А.Фока к использованию термина “логический” в характеристике этого вида связи” (Цехмистро И.З. Парадокс Эйнштейна- Подольского – Розена и концепция целостности // Вопросы философии. 1985. №4. С.91).

Ясно, что сам контекст употребления В.А.Фоком слова “логический” выражает не что иное, как объективно присущую миру закономерность. Этот термин характеризует взаимно согласованную связь потенциальных возможностей квантовых систем, источником которой служит основополагающее квантовомеханическое свойство конечной неразложимости на множество самостоятельных элементов. Подобная связь действительно может быть названа как “логическая”, ибо будучи не силовой и не энергетической, она, по существу, является импликативно-номическим отношением (лат.: implico - тесно, неразделимым образом связываю; др.-греч.: nomos - закон).

При такой постановке вопроса нет сомнений в объективной природе квантово-корреляционных связей. Последние также, как и причинность и взаимодействия, принципиально обладают двумя уровнями существования: 1) событийный уровень – конкретные процессы причинения, взаимодействия, квантово-корреляционных эффектов и 2) номический уровень – законы причинно-следственных связей (причинные законы), законы взаимодействий и законы квантовых корреляций как сущностные отношения. И тот, и другой уровни объективно реальны. При этом импликативно-номический характер корреляций подсистем (как принципиальное единство указанных двух уровней) приводит к тому, что подсистемы (элементарные частицы, составляющие микросистему) утрачивают некоторые из тех свойств, которыми они обладали до взаимодействия. Появляются новые свойства, характеризующие уже обе подсистемы. Эти свойства присущи более сложной единой системе, которая должна рассматриваться как нераздельное целое (unseparable whole) в противоположность классическим представлениям о двух самостоятельных объектах.

Подводя итог обсуждению проблем оснований квантово-физического описания реальности в контексте дискуссий Бора и Эйнштейна, необходимо отметить следующее. Существующее многообразие подходов к интерпретации квантово-механического знания выступает неизбежным атрибутом современного состояния квантовой физики. Не является окончательно разрешенной сама проблема синтеза “линий” Бора и Эйнштейна, о чем явно свидетельствуют обсуждения вокруг “темы Белла”, как собственно теоретических оценок самих неравенств, так и экспериментальной проверки вытекающих из них (неравенств) следствий. Вместе с тем, в ряду возможностей современных форм концептуального объяснения природы квантовой реальности все большее звучание приобретают принципы нелокальности, несепарабельности (нераздельности, целостности), реляционного подхода. Существующий ныне плюрализм в интерпретации квантовой механики осознается научным сообществом вполне отчетливо. Истоки такого положения дел во многом связаны с тем подходом, относительно которого еще в 1979 г. известный физик-теоретик М.Гелл-Манн точно заметил: “То обстоятельство, что адекватное философское обоснование квантовой механики столь долго складывалось, несомненно, объясняется тем, что Нильс Бор внушил целому поколению физиков-теоретиков, что эта работа уже проведена пятьдесят лет назад” (Цит. по : Садбери А. Квантовая механика и физика элементарных частиц. М., 1989. С.245). Сегодня все чаще в отечественной литературе ставится вопрос: сводимы ли квантовые корреляции к свойствам сознания наблюдателя? Как вытекает из проведенного в этом параграфе обсуждения при всей проблемности вопроса о природе квантово-механических корреляций, все же следует признать, что корреляционные эффекты выражают феномен целостности квантовых систем и объяснимы на основе понимания концепции целостности.