Принцип неопределенности утверждает, что «любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определенные точные значения». Что это значит?

Существенной чертой микроскопических объектов является их корпускулярно-волновая природа. Состояние частицы полностью определяется волновой функцией. Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отлична от нуля. Поэтому результаты экспериментов, например, координаты, имеют вероятностный характер. Это означает, что при проведении серии одинаковых опытов над одинаковыми системами каждый раз будут получаться разные результаты. Однако некоторые значения будут более вероятными, чем другие, то есть будут появляться чаще. Причем, чем точнее будет определена координата, тем менее точным будет значение импульса.

Таким образом, квантовые «законы» не имеют абсолютной природы законов Ньютона, вся квантовая теория строится на вероятности. И если классическая физика может предсказать точные результаты еще до эксперимента, то квантовая физика может предсказать только вероятности.

К принципу дополнительности, сформулированному Н. Бором, физики пришли, когда обнаружили, что при экспериментах с элементарными частицами исследователь сам же с помощью своих собственных действий себе мешает. Принцип Бора гласит: получение в эксперименте информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к данным.

Об элементарных частицах мы что-то узнаем обычно по результатам их встреч с другими частицами, играющими роль зондов. В квантовом мире такие встречи частиц изменяют их свойства. А приборы, в которых мы регистрируем частицы, по своей природе всегда - объекты макроскопические. Прибор искажает то, что исследует. Сам акт наблюдения изменяет наблюдаемое. Объективная реальность зависит от прибора, то есть, в конечном счете, от наблюдателя. Последний превращается, таким образом, из зрителя в действующее лицо. Поэтому один из «отцов» квантовой механики Н. Бор считал, что натуралист познает не саму реальность, а лишь собственный контакт с ней.

Некоторые физики, например Е. Вагнер, начали изучать вопрос о влиянии сознания наблюдателя на результаты измерений квантовой физики.

В результате всей этой неопределенности, вероятности и дополнительности Нильс Бор дал так называемую «копенгагенскую» интерпретацию сути квантовой теории: «Раньше было принято считать, что физика описывает Вселенную. Теперь мы знаем, что физика описывает лишь то, что мы можем сказать о Вселенной». Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что «копенгагенизм» постулирует Вселенную, которая создается человеческой мыслью.

По этому поводу Эйнштейн как-то сказал, что если, согласно квантовой теории, наблюдатель создает или частично создает наблюдаемое, то мышь может переделать Вселенную, просто посмотрев на нее. Поскольку это кажется абсурдом, Эйнштейн заключил, что в квантовой физике содержится какой-то большой нераспознанный изъян.

Как же в таком случае следует расценивать фундаментальную неопределенность (индетерминизм) в квантовой теории?

Можно предположить, что индетерминизм лежит в основе Мира, а обсуждаемая особенность квантовой теории есть адекватное отображение этого Мира. Именно этой точки зрения придерживались Бор, Гейзенберг, Борн, Дирак, Паули и многие другие.

Но существовало и другое мнение, а именно: в основе природы лежит какая-то разновидность детерминизма (определенности), например, статистического характера в духе скрытых параметров, которая пока ускользает из поля зрения исследователей. Такой точки зрения придерживались Планк, Эйнштейн, Де Бройль, Шредингер, Лоренц, которые с самого начала отвергали «копенгагенизм», настаивая на том, что в конце концов будет найден способ утвердить «реальность» даже в квантовом мире.

В частности, Эйнштейн считал, что квантовая теория в существующем виде просто является незаконченной. То есть, то, что мы пока не можем избавиться от неопределенности, не свидетельствует об ограниченных возможностях научного метода, как утверждал Бор, а говорит лишь о незавершенности квантовой механики. В конце концов, аргумент Эйнштейна вырос в гипотезу о существовании так называемой скрытой переменной.

Можно только поражаться титанической интуиции Эйнштейна, более 30 лет боровшегося с тем направлением развития, которое приняла квантовая физика при его жизни: «...Я беспрестанно искал другой путь для решения квантовой загадки... Эти поиски обусловлены глубокой, принципиального характера неприязнью, которую мне внушают основы статистической квантовой теории». Эйнштейн выступал против принципа неопределенности, за детерминизм, против той роли, которую в квантовой механике отводят акту наблюдения (влиянию измерительного прибора). Он полагал, что квантовая теория может стать более совершенной на пути расширения общего принципа относительности.

Эйнштейн долго и упорно вел борьбу. Он придумывал все новые, самые изощренные аргументы и опыты - экспериментальные и логические - для доказательства своей правоты. Потом Н. Бор не раз отмечал, насколько важной и плодотворной для развития квантовой механики стала эта длительная дуэль с Эйнштейном. Признавая себя побежденным в каждом бою, Эйнштейн продолжал верить, что истина все же на его стороне, и страстно продолжал искать ее, потому что истина была для него дороже всего.

В 1947 году Эйнштейн писал Максу Борну, одному из основоположников квантовой механики: «В наших научных взглядах мы развились в антиподы. Ты веришь в играющего в кости Бога, а я - в полную закономерность объективно сущего... В чем я твердо убежден, так это в том, что в конце концов остановятся на теории, в которой закономерно связанными будут не вероятности, но факты». Как показало дальнейшее развитие науки, Эйнштейн оказался прав.

Однако существование двух принципиально различных направлений в подходе к квантовой физике характеризует кризис в понимании физической реальности, который длится вот уже более полувека. Буквально до последнего времени дискуссии подлежали следующие вопросы.

1. Что такое волновая функция в уравнениях Шредингера и Дирака, то есть какое физическое поле она представляет?

2. Существуют ли детерминизм и причинность в области микромира?

3. Каков образ квантовой частицы?

4. Полна ли квантовая механика?

На все эти вопросы удалось найти ответ только в последнее десятилетие уходящего века.

« Пред. - След. »