книги из ГПНТБ / Философия и физика [сборник статей]

тов аналогична ранним экспериментам С. By, которые выпол­ нялись с целью проверки квантовомеханической корреляции

спинов частиц, разлетающихся в противоположные стороны.

Результат, полученный Беллом, говорит о том, что:

1) не существует строго детерминистической теории, имею­

вести все результаты квантовой механики, в чем мы имеем

возможность убедиться на эксперименте. Видимо, близко

время, когда вопрос о существовании или не существовании

скрытых параметров локального типа будет решен экспери­

ментом. Но и в этом случае эксперимент отвергнет (конечно,

как и любой эксперимент в пределах своей точности) только детерминистическую теорию, оставив открытым вопрос от­

носительно всех других теорий, например, относительно мо­ дели, предложенной Д. Бомом и Дж. Бубом [13].

Однако значение теоремы Белла этим не исчерпывается,

поскольку она позволяет, на наш взгляд, лучше оценить воз­

можный путь развития и обобщения квантовой теории.

Теорема Белла акцентирует внимание на аспектах, яв­

ляющихся фундаментальными для понимания сущности квантовой теории, но тем не менее часто остающихся в тени. В силу особенностей исторического развития квантовая тео­ рия часто рассматривается как бы через призму «принципа

невозможности», когда основное внимание уделяется тем

ограничениям, которые она внесла в классическую физику. При таком подходе из поля зрения часто ускользает то но­

вое позитивное содержание, которое связано собственно с квантовой механикой. Этим объясняются те крайние утверж­

дения по поводу квантовой теории, согласно которым она есть не более чем множество некоторых комбинаторных ог­ раничений, налагаемых на значение энергии в существенно

классической картине, -и физике еще только предстоит соз­ дать квантовую теорию в полном смысле этого слова, поста­ вить, так сказать, квантовую теорию «на свои ноги». C этими утверждениями трудно согласиться полностью, однако мне­

ние, что влияние классической картины и непреодоленных

остатков классического мышления часто заслоняет позитив­

ное содержание собственно квантовых концепций, представ­

ляется во многом справедливым. Известно, что Н. Бор неод­

нократно указывал на необходимость радикального измене­

ния классического мышления, связанного с возникновением

квантовой механики. Он постоянно подчеркивал, что в кван-

121

товом контексте имеет смысл только целостность всей сово­ купности экспериментальных условий и экспериментальных

ция целостности находится в глубоком противоречии с клас­

сической идеей неограниченной локализации и делимости

физических объектов, а также с предположением о сущест­ вовании в фундаменте материального мира отдельных эле­

ментов, которые можно было хотя бы в принципе выделить и изолировать от остального окружения и движение которых определяется конечным списком фундаментальных физиче­

ских закономерностей. Хотя идея целостности, как и дискрет­

ности, и есть то радикально новое, что связано с квантовой механикой, все же адекватное свое воплощение в концепту­ альном аппарате квантовой механики она еще, видимо, не

получила.

Ситуация эта особенно поучительна в свете попыток ото­

ждествить физическую теорию с ее формализмом, что харак­

терно, например, для точки зрения Μ. Бунге на квантовую

теорию. Справедливо считая, что до того, как пытаться «вый­

ти за квантовую теорию или улучшить ее, надо понять суще­

ствующую» [14, с. 263], он утверждает, что поскольку в ма­

тематическом аппарате квантовой теории нет формул и пе­

ременных, относящихся к нам или нашим приборам, то не­ обходима элиминация этих «призрачных» переменных из всех

высказываний теории. Эта процедура, согласно Бунге, ана­

логична истории создания СТО, которая родилась благодаря

тому, что из классической механики было изгнано абсолют­ ное пространство, а из электромагнитной теории — эфир. Однако сомнительно, что устранение ссылок на прибор, на

том основании, что «приборных переменных» нет в матема­

тическом аппарате теории, улучшило бы понимание качест­ венно нового содержания квантовой теории. В общем плане

По его мнению, квантовая теория, подобно любой вероятно­ стной теории, есть неполная теория. Однако, по Посту, вопрос о полноте теории не зависит от вопроса, дает ли она полное

описание физической реальности. Он определяет полную тео­

рию как такую теорию, где любое утверждение, описываю­ щее некоторое событие на ее же языке, может быть получе­ но и как предсказание в ее рамках.

Квантовая механика неполна именно потому, что допус­

122

кает в своем языке осмысленные высказывания о единичных

событиях, не умея их предсказывать. Поэтому, считает Пост,

необходимо устранить из языка квантовой теории ссылки на

независимые, индивидуально локализованные события и за­ менить их высказываниями, относящимися к коллективам

частиц с возможно космологическим характером связи меж­ ду ними. Здесь уместно вспомнить, что уже вскоре после соз­ дания квантовой механики, в 1933 г., выдающийся француз­ ский физик П. Ланжевен проницательно указывал, что одна

из причин концептуальных трудностей квантовой механики

связана с использованием представлений об индивидуальных

частицах. Подчеркивая, что «концепция изолированного объ­

екта по существу представляет собой величайшую абстрак­

цию», он писал: «Я глубоко убежден, что в физике, как и в

биологии, индивидуальность является следствием сложности

структуры и что появление отделимого, отличимого индиви­

дуума возможно лишь на определенном структурном уровне...

Представление об индивидууме не имеет резкой нижней гра­ ницы и выявляется с возрастающей ясностью по мере услож­ нения структуры» [16, с. 6381.

Дальнейший анализ теоремы Белла дает дополнительные

свидетельства в пользу подобной точки зрения. В этой связи

представляет интерес недавно появившаяся статья известно­

го американского физика-теоретика и одного из ведущих

представителей так называемого S-матричного направления

Г. Стаппа, в которой делается попытка использовать теоре­

а) давать набор предсказаний индивидуальных результатов

измерений; Ь) быть совместимой с статистическими предска­

заниями квантовой теории (с точностью до 5%, например);

с) удовлетворять «локальным причинам» [17, с. 1306].

Эти условия нуждаются в разъяснениях. Условие (а) пред­

полагает существование динамики детерминистического ти­ па, являющейся более фундаментальной, чем квантовая ме­

ханика. Условие (с) есть по сути условие фундаментальной

делимости физического мира. Если мы расстаемся с надеж­

дой найти детерминистическую теорию с локальными скры­

тыми параметрами (а то, что их нет, весьма и весьма веро­ ятно), тогда теорема Белла с необходимостью выдвигает на первый план фундаментальную идею целостности и недели­ мости мира. Известно, что в философском плане эта идея

123

в качестве противопоставления механистическому представ­

лению о мире, как совокупности изолированных сущностей,

движение которых определено фиксированным набором за­ конов, является одним из основных положений материали­ стической диалектики.

Из теоремы Белла Стапп делает вывод, что мы не можем

в описании природы требовать одновременного сохранения

причинности, локальности и индивидуализации событий. Он указывает, что в квантовой механике дилемма, налагаемая теоремой Белла, находит свое разрешение в использовании двух дополнительных описаний, из которых одно опускает

требование причинности, а другое — требование индивидуа­

лизации (траекторное пространственно-временное описание).

Условие (с) можно назвать условием Эйнштейна, который

рассматривал его как необходимый атрибут физической ре­

альности и на этом основании доказывал неполноту кванто­

вой механики. Аргументация Эйнштейна основывалась на

отрицании существования в природе взаимосвязей не сило­

вого, не динамического типа. Квантовая же механика пред­

полагает существование этих взаимосвязей. Особенно ярко существование таких квантовомеханических корреляций де­

монстрирует известный эксперимент By. Эксперименты по­

добного рода основаны на измерении корреляции между спи­

нами пли поляризациями разлетающихся частиц, возникаю­

щих в процессе распада некоторой исходной квантовой си­ стемы. Продукты распада, например поляризованные фото­ ны, удаляются друг от друга со световой скоростью, что исключает динамическую взаимосвязь между ними. Но было бы неверным представлять их себе в виде отдельных частиц.

Они образуют целостную квантовую систему, что и выяв­

ляется во взаимосвязи их поляризаций, обнаруживаемой на

эксперименте. Эффекты, связанные с квантовыми корреля­

циями, воспринимаются как нечто удивительное и парадок­

сальное даже теми, кто использует квантовую механику в своей повседневной деятельности. Это объясняется во многом

тем, что идея локализуемое™ объектов, являясь существен­

ной частью классической картины мира, глубоко укоренилась в нашем сознании, поскольку вся наша деятельность, в част­

ности всякое научное исследование, имеет дело с явлениями, локализованными в той или иной части пространства. Вы­ движение идей целостности, нелокальности на первый план

связано с рядом вопросов. И один из них: следует ли гово­

рить о целостности и неделимости мира только на микро-

124

уровне или теорема Белла затрагивает и уровень макроско­ пического пространства-времени?

Поскольку обычно квантовую механику связывают с опи­

санием микроуровня элементарных процессов, то кажется

естественным говорить о фундаментальной целостности мира

на его микроуровне. Однако это утверждение по меньшей

мере не точно. В философско-методологическом плане здесь

затрагивается вопрос об объективных предпосылках выделе­ ния того или иного уровня, об объективной реальности уров­

ней и границ между ними, а более конкретно, речь идет о со­

отношении классического и квантового описаний, границ их применимости и взаимосвязи. Мнение о том, что здесь все более

или менее ясно, не соответствует истинному положению ве­

щей. Например, квантовую механику обычно относят к опи­

санию уровня микромасштабов, но в то же время известно,

что существуют такие макроскопические квантовые эффекты,

как сверхпроводимость и сверхтекучесть, квантование маг­

нитного потока в сверхпроводниках второго рода. Особенно

остро вопрос о соотношении классического и квантового опи­ саний встал в связи с попытками создать квантовомеханиче­

скую теорию измерения. Известно, что классическую механи­

ку можно представить как специальный, предельный случай

квантовой. Причем последняя содержит требование опера­ ционального определения квантовых утверждений при помо­ щи прибаров, описание которых, согласно Бору, по необхо­ димости должно быть классическим. В последнее время,

однако, был сделан ряд конкретных попыток поставить квантовую теорию «на свои ноги», развив квантовую эргоди­

ческую теорию макросистем, и дать описание измерительно­

го процесса в квантовой теории, используя для этого язык самой квантовой теории [см. 18].

Вернемся, однако, к теореме Белла. Ее значение в том,

что она дает нам возможность видеть тесную связь между

невозможностью введения скрытых параметров детерминисти­

ческого типа и целостностью физического мира, причем, ви­

димо, нет оснований делать ответственным за единство и це­

лостность мира какой-либо привилегированный уровень —

микро-, мезоили мега-. Во всяком случае, по мнению Стэп­

па, последовательный учет фундаментального статуса неси­ ловых квантовомеханических корреляций должен привести к

модификации пространственно-временных соотношений и на макроуровне.

Необходимо признать, что «природа фундаментально

125

нелокальна» [17, с. 1314]. Признание существования несило­ вых корреляций приводит к тому, что мы уже не имеем воз­

можности полностью сохранить концепцию изолированного

объекта и поэтому даже обычные представления о времени и пространстве нуждаются в изменениях. Механистическая мо­ дель реального мира, основывающаяся на идеях локальности,

изолированности, делимости, оказывается неадекватной уже

на макроуровне. Стапп идет дальше, предполагая, что мир

обладает структурным единством особого рода, которое в принципе невыводимо из пространственно-временной струк­ туры динамических причинных связей. Таким образом, не

только констатируется целостность мира, порожденная даль-

нодействующими нединамическими корреляциями, но и вы­

двигается гипотеза, что эти несиловые взаимосвязи форми­ руют (несколько таинственную) глобальную сверхструктуру,

присущую миру в целом. Новая картина мира выглядит, по Стаппу, скорее в виде паутинообразной ткани отношений

нединамической природы, чем каузально связанной прост­

ранственно-временной структуры. Эта картина может быть

связана с гипотезой «бутстрапа», согласно которой эта пау­ тинообразная сетка отношений должна однозначно опреде­

ляться требованием их самосогласованности. Новая картина

мира, подчеркивает Стапп, окончательно отвергает механи­

стический идеал, основанный на понимании мира как кон­ струкции из множества фундаментальных элементов («кир­

пичиков мироздания»), которые можно точно локализовать

в пространстве и времени. Этот идеал, отвергнутый на ран­ них этапах квантовой теории на уровне актуального, «нашел

прибежище в квазиреальной области вероятностей или по­

тенциальностей» [17, с. 1319]. Новый подход — Стапп связы­ вает его только с S-матричным — расстается с механически­ ми идеалами и на уровне потенциального. Фактически мы

приходим к утверждению детерминизма нового типа, связан­ ного с гипотезой о высокоструктурированной упорядоченно­

сти, присущей миру в целом. C точки зрения подобного под­ хода вероятностный характер предсказаний квантовой меха­

ники можно тогда рассматривать как выражение взаимосвя­

зи между локальными и глобальными уровнями Вселенной.

Квантовая механика является фундаментальной физической

теорией, тесно связанной с экспериментом, который по сути

своей носит локальный характер и заключается в регистра­

ции локальной макроскопической реакции на локальное же

воздействие. Поэтому образно можно сказать, что она пред-

126

сказывает локальные отзвуки гармонии и упорядоченности

целостной Вселенной.

Итак, рассмотрение теоремы Белла, как замечает Стапп, приводит к выводу о том, что «мир обладает некоторым

структурным единством, которое полностью выходит за рам­

ки обычных физических идей» [17, с. 1315]. К аналогичному

выводу приходит и Бом, исходя при этом из других предпо­ сылок. Свой подход он рассматривает как развитие наиболее

фундаментальных идей Бора. По его мнению, главным для

Бора была проблема согласованного использования языко­

вых форм обычного языка и содержания сообщения. Форма и содержание сообщения должны гармонировать друг с дру­

гом. Основной источник недоразумений связан с использо­

ванием в квантовом контексте форм рассуждений, которые

сами по себе предполагают классическое понимание мира,

основанное на предположении о существовании потенциаль­

но изолируемых и локализованных элементов. Часто говорят о квантовой системе, как о чем-то, состоящем из взаимодей­

ствующих компонент, которые существуют отдельно друг 01-

друга и от приборов, предназначенных для измерений. Сам

Бор не использовал таких языковых форм, подчеркивая, что в квантовом контексте имеет смысл только целостность усло­

вий эксперимента и того, что называют наблюдаемым объ­

ектом. В то же время используемый нами язык автоматиче­

ски навязывает нам понятие возможной отделимости и ло­

кальности, и мы зачастую склонны придавать смысл таким выражениям, как «наблюдаемый объект возмущается наблю­ дением». Однако подобные выражения неприемлемы в кван­ товом контексте.

Свое понимание целостности Бом «не формальным и ме­

тафизическим образом» [19, с. 38] поясняет на примере ри­

сунка на ковре, где, очевидно, не имеет смысла говорить о взаимодействующих частях. Аналогично в квантовой ситуации

мы имеем единый рисунок или структуру, образованную

нединамическими взаимосвязями. Бом подчеркивает важ­

ность учета неформальных языковых аспектов для адекват­ ного понимания физической теории, в которой формальные и неформальные аспекты всегда переплетены и вследствие

этого ее осмысление должно носить целостный характер.

Различие в используемых языках, по Бому, факт скорее ре­

шающий и существенный, чем малозначительный, и имеющий

второстепенный и чисто технический характер. Это различие

Играет особенно важную роль, когда мы пытаемся понять

127

новую область явлений, где необходима выработка новых

способов мышления, нового «рисунка» мысли. Поэтому, счи­ тает Бом, для полного уяснения того нового, что связано

с квантовой механикой, необходим переход к новому языку

нединамического описания, отличающемуся от старого по

своей структуре. Однако мгновенный переход к такому язы­ ку невозможен, необходим промежуточный этап, где новые

термины и языковые структуры вводились бы постепенно.

В этом плане, по мысли Бома, роль модели теории со скры­ тыми параметрами, предложенной им совместно с Бубомдля описания измерительного процесса в квантовой механике, заключается в том, чтобы служить мостом к будущим физи­

ческим теориям и новым языковым структурам.

Рассматривая данный вопрос, Бом отмечает, что такие

понятия, как «коллапс волновой функции», «актуализация

потенциальностей», «сознание», «наблюдение», являются по

своей природе не динамическими и не выразимыми на языке

динамики в ее терминах «поле», «частица», «положение»,

«дифференциальный оператор» и др. Поэтому ясно, что ди­

намический язык, основанный на уравнении Шредингера,

не может охватить процесс измерения.

Модель Бома и Буба основана на нелинейном обобщении

уравнения Шредингера и вводит некий характеристический

параметр, учитывающий связь макроокружения и микроси­

стемы. Поскольку сама модель носит предварительный ха­ рактер, мы не будем ее подробно рассматривать, а лишь отметим, что идея, связанная с введением характеристиче­

ского параметра, аналогична принципу Маха, согласно ко­

торому инерциальные свойства объекта зависят от всей си­

стемы удаленных звезд.

C утверждением Стаппа о необходимости модификации

пространственно-временных представлений с учетом несило­

вых взаимосвязей, открытых квантовой механикой, перекли­

кается и гипотеза Бома о том, что квантовая механика пред­

полагает более глубокое представление о пространственно-

временной структуре, чем это следует из традиционного под­ хода к ее формулировке. Согласно Бому, уже сама организа­

ция квантового эксперимента предполагает другой, отличный от классического, порядок событий. Он предлагает в основу новой картины мира, возникающей из реконструкции кван­

товой механики, положить в качестве фундаментального по­

нятия концепцию упорядоченности или порядка, а также по­

нятие иерархии порядков.

128

Если принять гипотезу о существовании высокой степени

упорядоченности, присущей миру в целом, то встает немало­ важный вопрос об объективной реальности и онтологическом

статусе этой несиловой структуры, носящей несколько экзо­

тический и призрачный характер. Когда мы говорим об объ­

ективном характере вероятностных предсказаний квантовой механики, то имеем в виду, в частности, и объективный ста­ тус существования в природе потенциального, а также глубо­ кую диалектическую взаимосвязь актуального и потенциаль­ ного. Поэтому упомянутую несиловую структуру следует в первом приближении относить к уровню потенциального. И хо­

тя эта точка зрения несколько односторонняя, так как упуска­

ет из виду закономерности преобразования потенциального в

актуальное существование, а также обратный процесс, она

привлекательна тем, что дает возможность с позиций кванто­ вой механики по-новому взглянуть на природу интимных ме­ ханизмов генерации новых, все более сложных структур, фор­ мообразующих процессов.

Следует еще упомянуть о довольно экзотической интерпре­

тации квантовой механики Эверетта и Уилера, по которой в реальном мире актуализированы все возможности, допу­ стимые квантовой механикой, и мир в целом есть суперпози­

ция из мириадов взаимосвязанных миров, где наблюдателе

каждый раз познает лишь одну из ветвей полной реальности мира. Хотя эту интерпретацию всерьез принимают немногие,

она затрагивает весьма важный, на наш взгляд, вопрос: име­

ет ли вообще смысл различение актуального и потенциально­ го на предельно общем уровне целостности и неделимости

мира?

Конечно, все вышесказанное не более чем эскизные проек­

ты реконструкции и обобщения квантовой теории. Есть осно­ вания думать, что в конечном счете подобная реконструкция

произойдет в результате синтеза идей квантовой теории и об­

щей теории относительности. В настоящее время эти теоре­

тические системы в концептуальном отношении существенно различны. Представляется, однако, вероятным, что это раз­ личие будет снято будущей фундаментальной физической теорией более высокого уровня абстракции, которая, возмож­

но, даст нам и более глубокое понимание взаимосвязи акту­ ального и потенциального, динамических и нединамических

аспектов реальности по сравнению с тем, которое предпола­

гается традиционной интерпретацией квантовой механики.

Таким образом, концепция скрытых параметров в кванто-

вой механике подвергалась значительному переосмыслению и

имеет мало общего с традиционной идеей скрытых парамет­ ров, исходной точкой которой служило отрицание фундамен­

тального статуса статистических закономерностей. Скрытые

параметры более не связываются непосредственно с идеей

возврата к классическому способу описания. Эта концепция

имеет отношение скорее к становлению нового уровня наше­

го знания и понимания природы, играя роль эвристической

промежуточной идеи, гипотезы или ступеньки на пути к соз­

данию теории более общей, чем квантовая. Именно с этой точки зрения ее и следует оценивать и сравнивать с другими весьма многочисленными гипотезами подобного рода. Поэто­ му традиционные упреки в эклектичности и отсутствии логи­ ческой стройности у теорий со скрытыми параметрами не­

оправданны. Известно, что ранняя квантовая теория Бора бы­

ла весьма эклектичной в своей основе, но ее важность для

будущего развития физики трудно переоценить. При созда­

нии теории более высокого уровня абстракции обычно ис­ пользуются куски концептуальных схем более низкого уров­

ня, и нет ничего удивительного в том, что новая теория при

своем рождении часто выглядит эклектичной, особенно для тех, кто продолжает оставаться на старом уровне знания.

Прогресс в науке никогда не начинался с ясных и отчет­ ливых идей. Ясность чаще всего возникает в конце, знаме­ нуя некоторый рубеж г. развитии, связанный с завершением старого и началом нового этапа. Новый уровень интеграции

знания, являясь в известном смысле снятием противоречий

старого, порождает и новое «видение» мира, которое не толь­

ко открывает новые горизонты и границы знания, но и при­ водит к переосмыслению старых проблем. В историческом

плане переход на новый уровень имеет характер быстропро-

текающего качественного скачка. Для развития физики необ­ ходимо систематически умножать число альтернативных тео­

ретических схем, подходов и связанных с ними точек зрения.

Процесс обобщения квантовой теории и выход за ее границы тесно связан и во многом тождествен процессу вычленения собственно квантовых концепций, более глубокому уяснению

ее основных представлений, связанных с понятиями целост­

ности, дискретности, вероятности.

Есть все основания полагать, что переход к новому уров­

ню физического знания будет сопровождаться дальнейшим

устранением из концептуального арсенала физики остатков

механистического мышления, которые, в частности, присутст-

130