Оригинал материала
«Мы, последователи Cпинозы…» — 3 - Троицкий вариант — Наука
Часть третья. Экспериментальная метафизика
Мы завершаем цикл статей историка науки, редактора журнала «Семь искусств» Евгения Берковича, посвященных Альберту Эйнштейну и его отношениям с религией. Эти тексты вошли в новую книгу Евгения Берковича «Заметки об Альберте Эйнштейне. Время, наука, жизнь», выпущенную «Товариществом научных издательств КМК» в 2025 году. В первой части 1 речь шла о детстве, юности ученого, его обучении, личностях, повлиявших на его научное и духовное становление, и публикациях 1930-х годов, в которых Эйнштейн излагает свое понимание веры. Во второй 2 рассматривается то, как развивались взгляды великого ученого на эти аспекты с годами, какой он видел связь физики с религией, роль науки как инструмента раскрытия Божественного помысла.
В июне 1921 года Эйнштейна пригласили прочитать лекции о теории относительности в Манчестере и Лондоне. Перед возвращением в Берлин в честь Эйнштейна устроили большой прием, на который были приглашены знаменитости, в том числе Артур Эддингтон, Бернард Шоу и архиепископ Кентерберийский. На вопрос архиепископа, оказала ли теория относительности какое-либо влияние на теологию, Альберт Эйнштейн ответил: «Никакого. Теория относительности — это чисто научная теория и ничего общего с религией не имеет» [1, с. 58].
Такой категорический ответ в отношении квантовой механики будет вряд ли справедлив, ибо знаменитые споры Альберта Эйнштейна и Нильса Бора о полноте новой науки о микромире явно имеют религиозную основу. Известный немецкий специалист по молекулярной биологии Гюнтер Зигмунд Стенш, после эмиграции в США ставший Гюнтером Стентом, написал к столетию со дня рождения Эйнштейна заметку в журнал Science, в которой дает ответ на вопрос, почему дебаты Эйнштейна и Бора, а также знаменитая статья Эйнштейна, Подольского и Розена имеют такое важное значение. Ответ Стента прост: «Потому что, на мой взгляд, действительным предметом этих споров и статьи является не теоретическая физика, а Бог» [1, с. 69].
По мнению Стента, в дебатах Эйнштейна и Бора, в том числе в статье Эйнштейна, Подольского и Розена, речь идет о выраженном на языке теоретической физики конфликте между религиозной верой и атеистическим мировоззрением. При этом Эйнштейн представляет точку зрения традиционной монотеистической религии Запада, а Бор — позицию ученых-атеистов, которым близки мистические взгляды древнего Китая, Индии и Японии.
Проблема для Будды
О связи квантовой механики с религиозными взглядами говорил Нильс Бор в 1937 году на конгрессе в Болонье, посвященном двухсотлетию Луиджи Гальвани. В своем докладе Бор подчеркнул существенное отличие классической физики, в которой наблюдаемый объект строго отделен от наблюдателя, и квантовой механики, в которой подобное отделение невозможно. Ситуацию, подобную квантовой механике, можно видеть и в других областях знания, далеких от физики, например в психологии или в теории познания. Бор продолжает: «…Это те проблемы, с которыми уже столкнулись такие мыслители, как Будда и Лао Цзы, когда пытались согласовать наше положение как зрителей и как действующих лиц в великой драме существования» [2, с. 256].
Выступая 16 сентября 1927 года на конференции в Комо, посвященной столетию со дня смерти Алессандро Вольта, Нильс Бор сделал следующее заявление, вошедшее в его статью «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории», опубликованную в журнале Nature в следующем году: «Следовательно, в соответствии с самой природой квантовой теории мы должны считать пространственно-временное представление и требование причинности, соединение которых характеризует классические теории, как дополнительные, но исключающие одна другую черты описания содержания опыта; эти черты символизируют идеализацию возможностей наблюдения и, соответственно, определения» [3, с. 31].
Чуть более подробно об этих проблемах Нильс Бор рассказал в статье «Причинность и дополнительность», опубликованной в журнале Erkenntnis в 1937 году. В ней он утверждает, что в области явлений квантовой физики «вступают в силу закономерности особенного рода, которые не могут быть включены в рамки причинного описания» [4, с. 205]. Этот казавшийся сначала парадоксальным результат основывается на том, что «в указанной области нельзя более провести четкую грань между самостоятельным поведением физического объекта и его взаимодействием с другими телами, используемыми в качестве измерительных приборов» [4, с. 205].
И главная мысль Нильса Бора: «Это обстоятельство фактически означает возникновение совершенно новой ситуации в физике в отношении анализа и синтеза опытных данных. Она заставляет нас заменить классический идеал причинности некоторым более общим принципом, называемым обычно „дополнительностью“» [4, с. 205].
Бор отмечает, что «мы и в других областях человеческого познания сталкиваемся с видимыми противоречиями, которые могут быть устранены только с помощью принципа дополнительности» [4, с. 209].
Эта концепция Нильса Бора породила обширную литературу, в которой принцип дополнительности применяется к исследованию взаимоотношений между наукой и религией, между различными религиями и между различными аспектами религиозных традиций. Достаточно полный обзор такой литературы дан в статье Сала Рестиво (Sal P. Restivo) «Параллели и парадоксы в современной физике и восточном мистицизме» [5].
Принцип дополнительности, лежащий в основе копенгагенской интерпретации квантовой механики, поддержали практически все физики, работавшие в этой области. Из крупных ученых несогласными с таким подходом к изучению природы были только Альберт Эйнштейн и отчасти Эрвин Шрёдингер.
Наблюдатели или действующие лица?
Другой стороной отсутствия причинности выступал отказ от понятия «физическая реальность». Согласно квантовой механике, нельзя было говорить, например, о физической реальности координат электрона, пока над ним не произведено соответствующее измерение. С этим Эйнштейн смириться не мог. Он считал такое положение дел не свойством природы, а недостатком квантовой механики, ее неполнотой, хотя в своих расчетах вероятностей различных событий она дает совершенно правильные результаты.
Кульминацией многолетних споров Эйнштейна и Бора об основаниях и полноте квантовой механики явилась упомянутая статья Альберта Эйнштейна (совместно с Борисом Подольским и Натаном Розеном) «Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?» [6], известная как «трактат ЭПР», или «парадокс ЭПР». В статье был предложен мысленный эксперимент, который должен был доказать, что квантовая механика не полна, так как из эксперимента следовало, что можно получить о микроскопическом объекте больше информации, чем могла предложить теория.
Более подробно свое мнение о проблеме Эйнштейн выразил в статье «Квантовая механика и действительность», опубликованной в 1948 году [7]. Он рассматривает свободную частицу, состояние которой описывается в квантовой механике волновой функцией. Согласно основным положениям квантовой механики, такая частица не имеет ни точно определенного количества движения (импульса), ни точно определенного положения в пространстве. В вопросе о том, имеет ли частица определенное положение в пространстве и определенный импульс, физики расходятся. Эйнштейн относится к тому меньшинству, которое считает, что «в действительности (свободная) частица имеет определенное положение в пространстве и определенный импульс, если даже они в том же индивидуальном случае не могут быть одновременно установлены путем измерения» [7, с. 612]. Подавляющее большинство его коллег, напротив, убеждены в том, что ситуация прямо противоположная: «Частица не имеет в действительности ни определенного импульса, ни определенного положения в пространстве; описание с помощью волновой функции является в принципе полным описанием. Точное местоположение частицы, которое я получаю в результате его измерения, не может быть интерпретировано как местоположение частицы до измерения. Точная локализация, которая обнаруживается при измерении, будет проявляться только через неизбежное (не несущественное) воздействие измерения. Результат измерения зависит не только от реального положения частицы, но также и от принципиально неполного знания природы механизма измерения. Аналогично обстоит дело и в том случае, когда измеряется импульс или некоторая другая относящаяся к частице наблюдаемая величина. Это, пожалуй, наиболее предпочтительная у физиков современная интерпретация; следует признать, что в рамках квантовой механики только она естественным образом согласуется с эмпирическими фактами, выраженными в принципе неопределенности Гейзенберга» [7, с. 613].
Рассуждениями, сходными с теми, которые были применены в «парадоксе ЭПР», Эйнштейн пытается доказать, что описанная выше ситуация, одобряемая большинством физиков, противоречит, с его точки зрения, бесспорному принципу сепарабельности: разнесенные достаточно далеко друг от друга две материальные системы не могут мгновенно воздействовать друг на друга, так как подобное противоречило бы принципу близкодействия, лежащему в основе теории поля. Сам он был всю жизнь убежден, что «там, вовне, существовал большой мир, существующий независимо от нас, людей, и стоящий перед нами как огромная вечная загадка, доступная, однако, по крайней мере отчасти, нашему восприятию и нашему разуму» [8, с. 260].
Но большинство физиков вслед за Нильсом Бором отказывалось рассматривать «большой мир, существующий независимо от нас». Мир раскрывается нам в процессе наблюдения, или опыта, говорить же о состоянии мира до наблюдения квантовая механика запрещает. Мы не только сторонние наблюдатели, но и участники процесса наблюдения, или, по словам Нильса Бора, «зрители и действующие лица в великой драме существования».
Победившая «телепатия»
Чтобы опровергнуть мнение Нильса Бора и его последователей, Эйнштейн рассматривает такой мысленный эксперимент, развивающий парадокс ЭПР: «Рассмотрим физическую систему S12, которая состоит из двух подсистем: S1 и S2. Обе эти подсистемы в прошлом могли находиться в физическом взаимодействии. Но мы рассматриваем их в момент времени t, когда это взаимодействие уже отсутствует» [7, с. 614].
Если квантовая механика была бы полной наукой, то каждая из подсистем должна была бы описываться своей волновой функцией, включающей всю информацию о данной подсистеме. Например, если известна координата одной из частиц, входящих в подсистему S2, то волновая функция этой подсистемы будет одна, а если известен импульс этой частицы, то другая. Согласно методике ЭПР, мы можем определить координату частицы в S2, проводя измерения в S1, вообще никак подсистему S2 не затрагивая. В зависимости от результата измерения в S1 подсистема S2 будет описываться разными волновыми функциями, это должно свидетельствовать о том, что волновая функция не дает полного описания системы, другими словами, квантовая механика не полна.
«Такого вывода можно было бы избежать только одним из двух способов. Или надо предположить, что измерение над S1 изменяет (телепатически) реальное состояние S2, или же надо отрицать, что вещи, пространственно отделенные друг от друга, вообще могут иметь независимые реальные состояния. То и другое представляется мне совершенно неприемлемым» [8, с. 290].
Выражение «телепатическое дальнодействие» употреблено Эйнштейном, скорее всего, иронически, но оно подчеркивает связь неприемлемого для него отказа от сепарабельности с паранормальными явлениями типа телепатии, телекинеза, ясновидения и прочей мистикой, характерной для религий Дальнего Востока и Юго-Восточной Азии. Не случайно именно такие взгляды были близки Нильсу Бору, который не раз отмечал элементы его принципа дополнительности в восточном мистицизме.
Как мы знаем, Нильс Бор объяснил кажущиеся противоречия парадоксов Эйнштейна, рассмотрев свойства так называемых «запутанных частиц», ставших важным объектом современной квантовой механики. Казавшийся чисто философским спор Эйнштейна и Бора в результате гениального открытия ирландского волшебника Джона Белла был переведен в проверяемое в эксперименте событие, а череда тончайших экспериментов, проведенных в разных странах и лабораториях, однозначно показала справедливость позиции Нильса Бора и его последователей. Казавшееся Эйнштейну «совершенно неприемлемым» нарушение принципа сепарабельности, а вместе с ним отсутствие физической реальности были экспериментально установлены с высочайшей степенью достоверности. За эти эксперименты группа физиков была удостоена Нобелевской премии по физике за 2022 год.
По всем признакам гениальная физическая интуиция Эйнштейна на этот раз дала сбой. Сторонники «копенгагенской интерпретации» торжествуют. Тем, кто вместе с Эйнштейном разделял веру в созданный Творцом объективный внешний мир, доступный для познания, остается либо с трудом расставаться с привычными взглядами и встать на сторону Нильса Бора и квантовой механики, либо продолжать верить другому гению интуиции Полю Дираку, который в своих воспоминаниях написал: «Большинство физиков вполне довольны достигнутой точностью теории, но Эйнштейн не сдавался. Он, конечно, знал об этой точности, но всё же считал, что теория неверна в самой основе, а потому выбранный путь не приведет к серьезным успехам в физике. В этой полемике я скорее склонен согласиться с Эйнштейном. Думаю, что в конце концов Эйнштейн может оказаться правым, однако утверждать этого нельзя до тех пор, пока в нашем распоряжении не появится новая квантовая механика, более совершенная, чем та, что у нас есть сейчас» [9, с. 131].
Список литературы
1. Jammer M. 1995. Einstein und die Religion. Konstanz: UVK, 1995.
2. Бор Н. 1971. Биология и атомная физика / Избранные научные труды. II, статьи 1925–1961, с. 250–258. — М.: Наука, 1971.
3. Бор Н. 1971a. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории / Избранные научные труды. II, статьи, 1925–1961, с. 30–53. — М.: Наука, 1971.
4. Бор Н. 1971b. Причинность и дополнительность / Избранные научные труды. II, Статьи 1925–1961, с. 204–212. — М.: Наука, 1971.
5. Restivo S. P. 1978. Parallels and Paradoxes in Modern Physics and Eastern Mysticism. Social Studies of Science. Vol. 8. P. 143–181. 1978.
6. Эйнштейн А. 1966a. Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?» / Сборник научных трудов в четырех томах. Том III, с. 604–611. — М.: Наука, 1966.
7. Эйнштейн А. 1966b. Кинетическая теория теплового равновесия и второго начала термодинамики / Собрание научных трудов в четырех томах, т. III, с. 34–49. — М.: Наука, 1966.
8. Эйнштейн А. Автобиографические заметки / Собрание научных трудов в четырех томах. Т. 4. — М.: Наука, 1967a. C. 259–294.
9. Дирак П. 1990. Воспоминания о необычайной эпохе. Сборник статей. Перевод с англ. Н. Я. Смородинской. Под редакцией и с послесловием Я. А. Смородинского. — М.: Наука, 1990.