В Ирхин - Уставы небес, 16 глав о науке и вере

• Название: Уставы небес, 16 глав о науке и вере
• Автор: В Ирхин
• Жанр: Философия

---

Если теперь возвратиться к вопросу, что внесла в этот процесс физика нашего века, то можно сказать, что важнейшее изменение, которое было обусловлено ее результатами, состоит в разрушении неподвижной системы понятий XIX века... Идея реальности материи, вероятно, являлась самой сильной стороной жесткой системы понятий XIX века; эта идея в связи с новым опытом должна быть по меньшей мере модифицирована

(В.Гейзенберг, Физика и философия, с. 124, 125).

Такие физики как А. Эйнштейн, Э. Шредингер, Л. де Бройль отрицали копенгагенскую интерпретацию именно по этой причине (говоря принятым здесь языком, из-за несовместимости с ньютоновско-картезианской парадигмой). Сам факт несовместимости был тем самым ясен и для них:

Как бы то ни было, претензия заявлена. Новая наука самонадеянно присваивает себе право третировать все наше философское воззрение... Можно, конечно, считать, что в конце концов полный набор всех наблюдений, которые уже были сделаны и когда- либо еще будут сделаны, представляет собой реальность - единственный предмет, с которым имеет дело физическая наука... Однако подобное утверждение, высказанное по отношению ко всем наблюдениям, проведенным в рамках квантовомеханической теории, не имеет разумного основания и не может претендовать на философскую серьезность... Я хочу ясно сказать, что отныне и впредь беру на себя ответственность за свое упрямство. Я иду против течения. Но направление потока изменится (Э. Шредингер, Избранные труды по квантовой механике, с. 295).

Критическая позиция, занятая Эйнштейном и Шредингером, была чрезвычайно конструктивной. Пытаясь доказать неполноту или ошибочность копенгагенской интерпретации, они предложили знаменитые мысленные эксперименты, известные как "парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена" (ЭПР) и "парадокс шредингеровской кошки", чрезвычайно способствовавшие прояснению ситуации. Подчеркнем, что речь идет о парадоксах не в смысле внутренних логических противоречий (таких противоречий в копенгагенской интерпретации по-видимому нет), а в смысле несовместимости ее выводов со "здравым смыслом".

Перейдем к рассмотрению парадокса шредингеровской кошки. Этот парадокс призван продемонстрировать, что копенгагенская интерпретация в действительности ставит под сомнение детерминизм не только для микрообъектов, но даже и для макрообъектов. Учитывая ту роль, которую принцип дополнительности отводит существованию классических приборов, последнее действительно затрагивает самые основы этой интерпретации. Рассматривается следующая мысленная ситуация. В герметически закрытый ящик поместили кошку (со всеми системами жизнеобеспечения, запасом пищи и т.д.). В том же ящике находится жуткое устройство: ампула с синильной кислотой и молоточек, способный ее разбить под действием электрического сигнала. Сигнал возникает при срабатывании счетчика Гейгера на один радиоактивный распад (технически это возможно), и тут же поблизости есть ядро радиоактивного изотопа. Согласно квантовой механике, никто не может сказать, когда именно распадется ядро. Оно находится в квантовом состоянии, которое, как говорят, является суперпозицией (наложением) состояний распавшегося и не распавшегося ядра. Тем самым, никто не может сказать (пока не вскроет ящик), жива кошка или нет. По всем законам квантовой механики, она находится в суперпозиции состояний живой и мертвой кошки. Значит, если верна стандартная интерпретация квантовой механики, бегло изложенная выше, кошка является живой и мертвой одновременно. В заостренной форме этот мысленный эксперимент призван показать следующее: для любого макроскопического объекта (в данном случае его примером является кошка) можно создать такую ситуацию, когда его состояние однозначно определяется состоянием микрообъекта, и если детерминизма нет на микроуровне, его не будет и на макроуровне. Это явно противоречит тому интуитивно очевидному, по Шредингеру, обстоятельству, что мы вправе требовать от науки достоверных предсказаний, по крайней мере, для макрообъектов. Для полноты освещения вопроса приведем также дзенскую историю о жестоком обращении с животным (по одному из толкований, описанным событиям предшествовала дискуссия на тему "Имеет ли кошка природу Будды?").

Однажды монахи западного и восточного крыла ссорились из-за кошки. Нансэн поднял кошку и сказал:

- Слушайте меня, монахи! Если кто-нибудь из вас сможет сказать хотя бы одно слово дзен, я выпущу ее; если нет, я убью ее!

Ему никто не ответил, и он убил кошку. К вечеру в монастырь вернулся Дзесю. Узнав от Нансэна о случившемся, он снял туфлю, положил ее себе на голову и ушел.

- Если бы ты был здесь утром, я бы пощадил кошку! - воскликнул Нансэн (Мумонкан).

Этическую сторону этого происшествия раскрывает следующий комментарий.

Если бы Дзесю был там,

История приняла бы другой оборот.

Он выхватил бы нож,

И Нансэн умолял бы о пощаде.

Подчеркнем еще раз, насколько серьезна затронутая проблема. Согласно принципу дополнительности Бора, само существование квантовой механики возможно лишь в меру существования классических объектов. Задача квантовой механики состоит в том, чтобы описывать движение микрообъектов. Но в каких терминах описывать? В терминах амплитуды вероятности, но амплитуды вероятности чего? Пусть для определенности речь идет об амплитуде вероятности для электрона иметь определенное значение координаты в данный момент времени. Но у электрона нет координаты, так как по своей природе он способен двигаться сразу по всем траекториям. Чтобы вообще понимать, о чем мы говорим, мы должны постулировать существование классических объектов измерительных приборов, которые в определенных условиях с достоверностью измеряют координату, импульс и другие классические характеристики. Скажем, при прохождении электронов через экран с отверстиями счетчики, установленные у каждого отверстия, в совокупности представляют собой прибор, измеряющий координату электрона вдоль экрана. Если считать эти счетчики тоже квантовыми объектами, которые то ли сработают, то ли нет в соответствии с вероятностными законами - все окончательно запутывается, и утверждениям квантовой механики вообще невозможно придать никакого разумного смысла. В то же время, мысленный эксперимент Шредингера показывает, что большие размеры и масса прибора еще не гарантируют "классичности". Даже макрообъект может быть поставлен в такие условия, которые вроде бы проявляют его квантовую, вероятностную природу. Особенно сложен вопрос, какова природа "субъекта" измерения - человека. Соотношение субъекта и объекта в духовных вопросах демонстрирует следующий отрывок из апокрифа.

Невозможно, чтобы некто видел что-либо из вечного [или: из прочного], если он не станет подобным этому. В истине не так, как с человеком, который в мире: этот видит солнце, хотя он не солнце, и он видит небо, землю и другие предметы, не будучи всем этим. Но ты увидел нечто в том месте - ты стал им. Ты увидел Дух - ты стал Духом. Ты увидел Христа - ты стал Христом. Ты увидел [Отца - ты] станешь Отцом. Поэтому [в этом месте] ты видишь каждую вещь и [ты не видишь] себя одного. Видишь же ты себя в том [месте]. Ибо [ты станешь] тем, что ты видишь (Евангелие от Филиппа 44).

Таким образом, мы приходим к главному вопросу: почему в квантовом мире существуют классические объекты? Что обеспечивает достоверность некоторых (в действительности очень многих!) утверждений об окружающем нас мире? Вопрос этот является весьма сложным (и безусловно очень важным!). Здесь мы изложим вариант ответа, который в настоящее время представляется наиболее правдоподобным большинству физиков, занимающихся квантовой механикой (в том числе и авторам).

В действительности наиболее радикальным разрывом с прежними представлениями в квантовой механике является не само по себе использование вероятностей. И в классической механике наши возможности точного решения задачи во многих случаях ограничены самой природой задачи, скажем, для систем с неустойчивым движением, когда сколь угодно малая неопределенность начальных условий нарастает со временем, приводя к практической невозможности строгих предсказаний. При этом использование вероятностного языка не только возможно, но и неизбежно. Однако, в классическом случае всегда складываются вероятности независимых событий. В квантовом же случае складываются амплитуды. Именно это и приводит к появлению интерференционных, то есть волновых, явлений. Нет ничего особенно радикального в утверждении, что в наглухо закрытом ящике лежит либо живая, либо мертвая кошка - как нет ничего радикального в утверждении, что монетка упадет с равными вероятностями либо орлом, либо решкой. Все парадоксы квантовой механики связаны с тем, что эти состояния интерферируют. Так вот, наиболее распространенное решение парадокса кошки состоит в следующем. Если мы рассматриваем строго изолированную от внешнего мира систему, то никакой ошибки в рассуждении Шредингера нет. Чтобы разобраться в предельном переходе от микрообъектов к макрообъектам, мы должны несколько изменить постановку задачи и рассмотреть открытые системы, взаимодействующие с окружением. Эта задача была впервые поставлена в четкой математической форме в 1963 году Р. Фейнманом. В результате ее тщательного исследования (важную роль здесь сыграли работы американских физиков В. Цурека, А. Леггетта и многих других ученых) оказалось, что взаимодействие с окружением разрушает квантовую интерференцию, превращая тем самым квантовую систему в классическую, причем тем быстрее, чем больше масса системы. Для такого объекта как кошка достаточно уже очень слабой "неизолированности", чтобы полностью разрушить квантовые эффекты. В итоге классические системы, в том числе измерительные приборы, существуют потому, что они взаимодействуют с окружающим миром. Кстати, полностью изолировать какую-то систему в нашей Вселенной невозможно даже в межгалактическом пространстве - никуда не деться от реликтового излучения, заполняющего весь мир (см. главу 14).