Дао физики - Фритьоф Капра

СНОВА О НОВОЙ ФИЗИКЕ — ПОСЛЕСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

С момента первой публикации Дао физики" в различных областях субатомной физики были сделаны определенные достижения. Как я уже указывал в предисловии к этому изданию, новые открытия не только не опровергли ни одной из обнаруженных мною параллелей с восточным мистицизмом, но даже, напротив, послужили их дальнейшему обоснованию. В этом Послесловии мне хотелось бы перечислить некоторые наиболее важные достижения в области атомной и субатомной физики, имевшие место до летних месяцев 1982 года.

Одна из наиболее очевидных параллелей с восточным мистицизмом заключается в осознании взаимосвязанности составных частей материи с основными явлениями, в которых они принимают участие, и необходимости рассматривать эти составные части не как изолированные сущности, а как неотъемлемые компоненты единого целого. Важность понимания основополагающей «квантовой взаимосвязанности», которой посвяшена десятая глава, неоднократно отмечалась Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом во время формулирования квантовой теории. Тем не менее, за последние два десятилетия это понятие снова привлекло к себе внимание ученых, осознавших, что взаимосвязанность явлений, наполняющих Вселенную, оказалась на порядок выше предполагавшейся. Разрабатывавшаяся в последнее время новая концепция взаимосвязанности не только проливает свет на сходство взглядов мистиков и физиков, но и позволяет провести интригующие параллели с психологией Юнга и даже, что тоже не исключается, с парапсихологией: эта концепция по-новому опенивает роль взаимосвязанности в квантовой физике.

В классической физике понятие вероятности используется в тех случаях, когда неизвестны характеристики какого-то процесса или реакции. Так, играя в кости, мы, в принципе, могли бы предсказать результат того или иного броска, если бы имели информацию обо всех условиях, в которых он совершается: материал, из которого изготовлена кость, местонахождение ее центра тяжести, характер поверхности, на которую падает кость, и т. д. Все эти показатели называются локальными переменными, так как они принадлежат предметам, принимающим участие в данном процессе. В субатомной физике примером локальных переменных являются связи между пространственно удаленными друг от друга объектами, реализующиеся посредством сигналов — частиц или их последовательностей-каскадов, — а также подчиняющиеся законам пространственного удаления. Эти законы не позволяют никаким сигналам перемещаться быстрее скорости света. Однако в последнее время было обнаружено, что за локальными связями, еще глубже, существуют некие нелокальные связи, которые характеризуются мгновенностью установления и пока не могут предсказываться при помощи языка точной математики.

Некоторые физики рассматривают нелокальные связи в качестве непосредственной сущности квантовой действительности. Квантовая теория не всегда указывает точную причину того или иного явления. Возьмем, к примеру, переход электрона с одной атомной орбиты на другую, или распад субатомной частицы, которые могут происходить и происходят спонтанно, без какой-то определенной причины. Не всегда можно заранее предсказать, когда и каким образом произойдет подобное событие; реально лишь охарактеризовать его вероятность. Это не означает, что атомные явления протекают совершенно произвольным образом; все, что имеется в виду, — это то, что они не вызываются локальными причинами. Поведение любой части целого определяется ее нелокальными связями с последним, а поскольку об этих связях мы ничего не знаем, нам приходится заменить узкие классические понятия причины и следствия более широкими представлениями о статистической причинности. Законы атомной физики имеют природу статистических закономерностей, согласно которым, вероятность отдельных атомных явлений определяется общей динамикой всей системы. В то время, как в классической физике свойства и поведение некоего целого определяется свойствами и поведением его отдельных частей, в физике квантовой все обстоит совершенно противоположным образом: поведение частей целого определяется самим целым.

Таким образом, вероятность используется в классической и квантовой физике практически в одних и тех же целях. В обоих случаях мы имеем дело с некими «сокрытыми» переменными, которые нам неизвестны, и такое отсутствие информированности мешает нам делать какие-либо определенные выводы. Тем не менее, между двумя этими случаями есть и очень существенная разница. Если в классической физике скрытые переменные являются локальными механизмами, то в квантовой физике они нелокальны: они представляют собой мгновенные связи со Вселенной в целом. В повседневной, макроскопической действительности нелокальные связи играют сравнительно незначительную роль, вследствие чего мы можем говорить о самостоятельных объектах и формулировать законы, описывающие их поведение в терминах стопроцентных определенностей. Однако при переходе к более низким измерениям определенности уступают место вероятностям, и отделить какую-то часть Вселенной от целого становится чрезвычайно сложно.

Сам Эйнштейн долго не мог признать существование нелокальных связей и вытекающее из этого факта фундаментальное значение вероятности. Именно этой проблеме был посвящен его исторический спор с Бором в двадцатые годы, во время которого Эйнштейн выразил свое несогласие с тем, как Бор интерпретирует квантовую теорию при помощи знаменитого афоризма: «Бог не играет в кости» [68]. В результате спора Эйнштейну пришлось признать, что квантовая теория в трактовке Бора и Гейзенберга представляет собой последовательную систему научных взглядов, однако его не покидала мысль о том, что рано или поздно науке удастся найти детерминистское описание всех доселе необъяснимых явлений в терминах локальных скрытых переменных.

Согласиться с Бором Эйнштейну мешала его непоколебимая вера в некую внешнюю реальность, состоящую из независимых, пространственно удаленных друг от друга элементов. Пытаясь доказать непоследовательность интерпретации Бора, Эйнштейн поставил «мысленный» эксперимент, который получил известность под названием эксперимента Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР) [5, 614]. Три десятилетия спустя Джон Белл построил теорему, опирающуюся на этот эксперимент, которая доказывает, что существование локальных скрытых переменных плохо согласуется со статистическими формулировками квантовой теории [70]. Теорема Белла нанесла сокрушительное поражение позиции Эйнштейна, доказав, что понимание действительности как сложной структуры, состоящей из отдельных частей, соединенных при помощи локальных связей, несовместимо с идеями квантовой теории.

За последние годы эксперимент ЭПР неоднократно становился предметом дискуссий и анализа специалистов в связи с проблемами интерпретации квантовой теории, поскольку он является превосходным примером для демонстрации отличия между понятиями классической и квантовой физики. Для наших целей достаточно ограничиться рассмотрением упрощенной версии этого эксперимента, в которой принимают участие два вращающихся электрона и которая была разработана в ходе исчерпывающего анализа, данного этому эксперименту Дэвидом Бомом. Для того, чтобы уловить основной смысл ситуации, необходимо познакомиться с некоторыми свойствами электронного спина, или вращения электрона. Классическая метафора вращающегося теннисного мяча не вполне подходит для описания вращающейся субатомной частицы. В определенном смысле, спин частицы представляет собой ее вращение вокруг собственной оси, однако, как это всегда бывает в субатомной физике, это классическое понятие имеет ограниченную область применения. В случае с электроном, множество значений спина состоит из двух вариантов: количество вращения остается всегда постоянным, однако относительно оси вращения электрон может вращаться в двух направлениях — или по, или против часовой стрелки. Физики обычно обозначают эти два значения при помощи слов «верх» и «вниз».

Основное свойство вращения электрона, которое нельзя объяснить при помощи классических терминов, — это невозможность точного определения направления его оси. Электроны обладают тенденцией существовать в различных точках внутри атома, и точно таким же образом для них характерны тенденции вращаться вокруг той или иной оси. Тем не менее, стоит нам выбрать некую ось и произвести измерения, как мы обнаружим, что электрон вращается именно вокруг этой оси в одном из двух направлений. Другими словами, частица приобретает определенную ось вращения в момент измерения, однако до этого момента об оси вращения ничего определенного сказать нельзя: электрон имеет только некоторую тенденцию, или потенцию, вращаться вокруг этой оси.