Мир по Эйнштейну. От теории относительности до теории струн - Тибо Дамур

Вторая часть этой цитаты намекает на тот факт, что «волновое уравнение Шредингера», написанное им в начале 1926 г., является детерминистским уравнением распространения, т. е. уравнением, позволяющим однозначным образом определить временную эволюцию амплитуды А, если известно ее значение в произвольный начальный момент.

«Вероятностная интерпретация» Борна стала серьезным концептуальным прорывом, хотя она принесла больше проблем, нежели решений. Фактически эта интерпретация была лишь гипотезой и требовала подтверждения исходя из математического формализма квантовой теории. Именно так думал Гейзенберг в конце 1926-го и в начале 1927 г. В то время Вернер Гейзенберг работал в группе Нильса Бора в Копенгагене. Он активно обсуждал с Бором возможную физическую интерпретацию математического формализма, так что их беседы иногда затягивались до поздней ночи. В феврале 1927 г., когда Гейзенберг остался один в Копенгагене, поскольку Бор катался на лыжах в Норвегии, ему в голову пришла новая идея о том, как совместить волновое и корпускулярное описания одной и той же квантовой частицы (скажем, электрона). Как он сам рассказывал{147}, воспоминания о его беседе с Эйнштейном годом ранее сыграли решающую роль в его рассуждении:

«Это было около полуночи, когда я неожиданно вспомнил мои беседы с Эйнштейном и, в частности, его фразу: “Только теория решает, что является наблюдаемым, а что нет”. Я вдруг сообразил, что здесь-то и нужно искать ключ к загадке, которая так занимала нас [его и Бора]. Тогда я решил совершить ночную прогулку по парку, чтобы подумать над значением этой фразы Эйнштейна».

Именно во время этой ночной прогулки, когда он размышлял о значении фразы Эйнштейна, Гейзенберг открыл свои знаменитые «соотношения неопределенностей»{148}, которые гласят, что произведение «неопределенности» положения частицы и «неопределенности» ее количества движения (или импульса){149} обязано быть больше постоянной Планка h{150}.

Гейзенберг понял, что соотношения неопределенностей позволяют прояснить условия, при которых квантовую частицу можно одновременно описывать и как волну, и как частицу. Например, ранее казалось, что наблюдение в детекторах прямых треков частиц, видимых на макроскопическом уровне, обязывает описывать частицу исключительно как локализованную корпускулу. Однако соотношения неопределенностей показывали, что ненулевая ширина трека хорошо согласуется с проявлением волнового поведения частицы на масштабах расстояний, сравнимых с этой шириной.

Когда Бор вернулся из отпуска в Норвегии, Гейзенберг принялся с энтузиазмом объяснять ему свои новые идеи, возникшие на основе философского утверждения Эйнштейна («Только теория решает, что является наблюдаемым, а что нет»).

Между тем Бор имел собственные соображения по этому поводу и, в частности, был убежден, что интерпретацию квантовой механики необходимо основывать не на логической дедукции, продиктованной самой теорией (как предлагал Эйнштейн), но на новой эпистемологической концепции, введенной ad hoc для толкования квантовой теории и именуемой «принципом дополнительности». Как рассказывал Гейзенберг, в представлении Бора «дополнительность должна была описывать ситуацию, когда можно ухватить одно и то же явление двумя разными способами интерпретации (например, волновым и корпускулярным). Эти два способа должны были взаимно исключаться, при этом дополняя друг друга таким образом, что только суперпозиция двух моделей могла предоставить исчерпывающее описание феномена».

Спор между молодым Гейзенбергом (которому было тогда 25 лет) и Бором (чья работа 1913 г. существенно повлияла на развитие квантовой теории) набирал силу. Гейзенберг восхищался Бором как ученым и почитал его, как отца. Он ожидал, что Бор по достоинству оценит новизну концептуального продвижения, которое представляло собой открытие соотношений неопределенностей. Бор, однако, был весьма сдержан, он критиковал технические детали и, в частности, утверждал, что лишь его идея дополнительности является достаточно общей, чтобы служить основой согласованной интерпретации квантовой теории. Напряжение между двумя физиками нарастало, влияя на их личные отношения. Столкнувшись с непреодолимым упрямством Бора, Гейзенберг был вынужден оставить попытки убедить его в обоснованности общего эпистемологического подхода, предложенного Эйнштейном, и с неохотой принял необходимость использовать язык интерпретации, основанный на принципе дополнительности. Он самостоятельно опубликовал открытие соотношений неопределенностей и их следствий для интерпретации квантовой реальности, оставив Бора писать подробный трактат на тему принципа дополнительности, представленный им через несколько месяцев на Сольвеевском конгрессе осенью 1927 г.

Переломный момент

Пятый Сольвеевский конгресс, состоявшийся в Брюсселе осенью 1927 г., был важнейшим событием. Он стал переломным моментом не только для мирового сообщества физиков-теоретиков{151}, но и для научной карьеры Эйнштейна. На этом конгрессе Эйнштейн выступил в роли оппонента новой интерпретации квантовой теории, предложенной Бором на основе идей Борна (о вероятностной интерпретации амплитуды A), Гейзенберга (о соотношении неопределенностей), а также на основе концепции дополнительности. Физики-теоретики с большим интересом ожидали реакцию Эйнштейна. Для всех он был не только величайшим физиком современности, но и тем, чьи революционные идеи лежали в основе открытия и понимания квантовой реальности. Физики молодого поколения (Гейзенберг, Йордан, Паули и др.) боготворили Эйнштейна и видели себя его скромными последователями. Собирался ли духовный отец теоретической физики благословить в купели дополнительности новое квантовое дитя, которое все считали его собственным интеллектуальным отпрыском? Оказалось, нет! Эйнштейн не верил в интерпретацию квантовой теории, отстаиваемую Бором.

Для большинства разочарование было огромным. Некоторые (например, Пауль Эренфест) доходили до того, что сравнивали эйнштейновскую позицию в отношении новой квантовой механики с позицией противников теории относительности, ошеломленных новизной идей Эйнштейна и отказывающихся менять «свои старые представления». Я думаю, что весьма распространенное представление Эйнштейна в образе эдакого стареющего революционера, отвергающего новые квантовые идеи, поскольку они противоречат его представлениям о том, что есть a priori реальность, не является точным. Это не значит, что я считаю ошибочной позицию Бора и большинства физиков, последовавших за ним в разработке так называемой «копенгагенской интерпретации» квантовой теории. Далеко не так! С практической точки зрения консенсус, который был выработан на Сольвеевском конгрессе 1927 г. в отношении «копенгагенской интерпретации», способствовал развитию новых квантовых идей и позволил им найти приложения в различных областях физики. Значительная часть физики и техники XX в. базируется на применении квантовой теории (физика твердого тела, атомная физика, физика высоких энергий и т. д.){152}. Интерпретационная схема, предложенная Бором на этом Сольвеевском конгрессе, помогла «отбросить» неясные эпистемологические аспекты квантовой теории и начать исследование нового мира, открытого с помощью ее математического формализма. Однако сейчас, я думаю, настало время (в частности, в связи со столетием революционных идей, предложенных Эйнштейном в 1905 г.) более точно описать позицию Эйнштейна в отношении квантовой теории и заодно признать обоснованность его эпистемологических возражений, так же как и прозорливый характер его работ, сделанных после 1927 г.

По большому счету, я думаю, что Бору не удалось убедить Эйнштейна, поскольку идея дополнительности представляла собой лишь своего рода ширму, скрывающую концептуальную неясность и недостаточную техническую определенность. В письме Шредингеру (разделявшему его сомнения), написанном в мае 1928 г., Эйнштейн сравнил «копенгагенскую интерпретацию» с мягкой подушкой, на которой можно усыпить свой разум и не задаваться более вопросами о квантовой реальности:

«Успокоительная философия (или, даже лучше сказать, религия?) Гейзенберга – Бора так комфортно устроена, что выступает скорее в роли мягкой подушки, от которой истинно верующим нелегко оторваться».

Позднее (в 1939 г.), когда Бор еще более укрепился в статусе апостола дополнительности, ставшей панацеей от всех проблем интерпретации, указанных Эйнштейном, Шредингером и др., Эйнштейн (в письме Шредингеру) сравнил Бора с «мистиком, запрещающим любые вопросы о том, что существует независимо от наблюдателя…»