Александр Никонов
Квантовая механика и парадоксы сознания
Глава 3
Неопределенность как принцип
Забегая вперед, хочу сказать, что раз уж речь зашла о корпускулярно-волновом дуализме… Мы привыкли, что квантовые явления при всей их парадоксальности и волнующей таинственности, а также полной непредставимости для человеческого сознания, все-таки нас с вами не касаются. Все эти мутные дела происходят где-то там, в микромире, куда пальцем не долезешь. А нам тут бояться нечего! Электроны, фотоны, протоны – это мельчайшие неделимые частицы вещества, а мы, приличные люди, начинаемся где-то на уровне молекул. Как минимум!
Ну, что ж, атомы и молекулы по сравнению с тем же электроном и вправду настоящие гиганты! Самый маленький атом – атом водорода. Я не буду писать, во сколько раз объем атома больше объема электрона, поскольку гигантские цифры не воспринимаются мозгом. Мозгом воспринимается картинка. И я ее сейчас вербально нарисую: если электрон увеличить до размеров макового зерна (ядро атома при этом вырастет до 4 мм), сам атом увеличится до 400 метров в диаметре! Именно таким будет диаметр электронной орбиты. Можете сами теперь подсчитать объем шара диаметром в 400 м и объем макового зерна, после чего поделить первое на второе. Вот во сколько раз атом больше электрона.
И это самый маленький атом. А если взять атом побольше, например углерод, да сложить 60 атомов углерода, чтобы получить молекулу фуллерена, напоминающую футбольный мяч из атомов, то можно представить себе объем этого сооружения, совершенно гигантского в сравнении с точечкой электрона!
Молекулярный мяч – это уже точно самое настоящее вещество. Объект, а не процесс. Вовсе не волна, не правда ли?.. Так вот, опыт, проведенный с фуллеренами, показал: они тоже волны. Если вас это мало удивило, потому что вы – человек крепкий, уточню, что двухщелевой опыт с фуллеренами показал: они дают на экране интерференционную картину, а это значит, что один такой «мяч» пролетает через две щели одновременно!
– Как такое возможно? – Спросите вы.
А я отвечу:
– Возможно и не такое!
В 2019 году в Венском университете был проведен двухщелевой эксперимент с огромной молекулой грамицидина, состоящей из 15 аминокислот. Аминокислоты содержат от 10 до 50 молекул. Если взять в среднем, то получим четыре с лишним сотни атомов.
(Может возникнуть вопрос: если электронами можно управлять с помощью электромагнитного поля, пуляя их из электронной пушки, то как пулять и с помощью чего управлять электронейтральными молекулами? Тут приходится изощряться! Тонким слоем грамицидина был покрыт краешек быстро вращающегося диска из графита. Затем край диска обстреливали сверхкороткими лазерными импульсами, вышибая молекулы грамицидина, которые потом подхватывались струей аргона и разгонялись до скорости в полкилометра в секунду. С этой скоростью молекулы и летели в мишень. Опыт показал, что длина волны грамицидина составляет 350 фемтометров, то есть 350 × 1015 м.)
Но и это еще не все! В том же самом году, в том же университете провели аналогичный опыт с гигантской молекулой, состоявшей из почти 2000 атомов! И она тоже предсказуемо оказалась волной.
И наконец, настоящим культурным шоком для обывателя может стать известие, что сейчас ученые готовятся провести опыт по выявлению волновых свойств у вируса. Вы можете себе такое представить? Вирус – это уже почти живое существо, состоящее из миллионов молекул.
Это к вопросу о том, где заканчивается квантовый мир и начинается нормальный классический мир, к которому мы привыкли и который описывается законами старика Ньютона, старика Больцмана и старика нашего Максвелла. Этих границ нет! Квантовый мир не заканчивается нигде, мы в нем живем.
У читателя может возникнуть и еще один интересный вопрос. Со школьной скамьи нам известно, что электрон – элементарная, то есть неделимая частица. И действительно, еще никто и никогда не видел половинку электрона. Как же он тогда проходит через две щели одновременно, разве он не делится при этом пополам?
Очень просто: он делает это не в виде частицы. А в виде волны. В виде некоего электронного облачка. Представим себе размазанное в пространстве облачко, которое «кисельным образом» проходит через две рядом расположенные щели. После прохождения щелей волновые «части» каждого «полуэлектрона» начинают интерферировать друг с другом, то есть волны «половинок электрона» складываются и образуют на экране интерференционную картину. Но эта картина физически образуется на экране не волнами, а частицами. В экран шлепается классический электрон (или фотон, если опыт проводится с фотонами), оставляя одну точку засветки, а миллионы этих пятнышек от миллионов электронов и представляют собой полосатый интерференционный узор.
Так электрон – это частица или волна?
Наверное, все-таки волна, раз просачивается одновременно в две щели. Шарик так сделать не сможет. Но в какой момент после пролета щелевого экрана электронное волновое облачко превращается в шарик, в точечную частицу? Сразу после пролета через щели? На пути к регистрирующему экрану? Перед самым ударом в экран? В момент удара?
Правильный ответ: в момент удара при воздействии с веществом экрана.
Причем частица по имени электрон «знает», в какие части регистрирующего экрана он попасть не должен, там всегда остаются темные полоски без электронной засветки. «Знание» это формируется именно из-за волновой интерференции: в тех местах экрана, где электронные волны гасят друг друга, всегда будет темное место, там электрон как частица никогда не образуется.
Иными словами, летящий и не взаимодействующий ни с чем электрон представляет собой волну. А ударившись в материальный экран, это размазанное в пространстве электронное облачко, мгновенно стягивается в точку и становится частицей, оставившей точечный след засветки на экране. Процесс этот называется коллапсом волновой функции или редукцией волновой функции. Оба термина означают одно и тоже – схлопывание волновой функции, то есть превращение волны в частицу, или сотворение из Великой Квантовой Потенции некоей Физической Реальности в виде Конкретных Значений и Определенных Свойств. Причем процесс этот происходит мгновенно, иными словами, все самые отдаленные области электронного облачка мгновенно стягиваются в точку, реализуя электрон как привычную нам частицу. Мгновенно – это значит мгновенно, то есть быстрее скорости света. Как такое может быть? Об этом мы еще поговорим. А сейчас зададимся другим вопросом: а насколько велико это самое электронное облачко, которое пугающе мгновенно стягивается в точку? Может, оно такое крохотное, что и разговаривать не о чем? Ведь кванты маленькие!
Нет. Кванты не маленькие.
Смотрите. Мы ведь говорили уже, что квант неделим. Никто никогда не видел половинку фотона. Это правда. Даже пройдя через две щели, квант остается неделимым и единым. Если полупрозрачное зеркало раздвоило фотон «пополам», и одна «половинка» фотона полетела влево, а другая его «половинка» улетела вправо, все равно он остается одним связным целым, даже если его «половинки» разлетелись на разные концы вселенной.
Квант неделим! Попытка пронаблюдать только левую половинку фотона на одном краю вселенной приведет к тому, что вы увидите не половинку, а целый фотон с вероятностью 50 %. И с такой же вероятностью он материализуется на другом краю вселенной.
Поэтому теоретически квант размеров не имеет. Он безграничен. Широкая публика привыкла к тому, что кванты – это крохотные «создания» микромира. Такое представление пошло со времен столетней давности, когда кванты были обнаружены в микромире. Но современная наука говорит, что кванты вполне могут быть размера, сопоставимого с размером всей наблюдаемой астрономами Вселенной, и это экспериментальный факт, а не голое теоретизирование!
Но даже если не углубляться в космологические дебри, а оставаться в рамках школьного курса, то можно вспомнить ту же шкалу электромагнитных колебаний. Ближе к правому ее концу расположены привычные нам световые колебания, то есть фотоны разных цветов (частот), а также ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Частота этих колебаний велика, длина волны микроскопична, и потому наш мозг привычно воспринимает кванты этого излучения как маленькие объекты микромира.
Но с другой стороны электромагнитной шкалы располагаются радиоволны миллиметрового, дециметрового, метрового, километрового и более диапазонов. Представьте себе квант поля с длиной волны в километр или в сто тысяч километров! Согласитесь, это уже не объект микромира!
К тому же формулы, описывающие жизнь квантов, говорят нам о том, что вероятность обнаружить электрон в каком-то весьма отдаленном (от ожидаемого) месте вовсе не равна нулю. А это значит, что электронное облачко летящего электрона размазано в пространстве практически всей вселенной. И хотя вероятность обнаружить электрон (как частицу после замера) на другом краю вселенной ничтожна, поскольку эта вероятность быстро падает с расстоянием, но она никогда не обращается в ноль.
И раз уж мы заговорили о вероятностях, надо сказать пару добрых слов и о них. Тем паче что мы начали повествование со старика Ньютона.
Итак, возвращаемся к Исааку Ньютону с его шишками на голове от яблок и с его ужасным фатальным миром, напоминающим механические часы с шестеренками. В этом мире ничего изменить нельзя: все движения всех его частиц жестко и однозначно обусловлены их массами, скоростями и направлениями движения. Представили себе такое мироздание? В подобном мире даже о времени можно говорить как о некоей условности, этот мир словно существует неизменным во все времена, и «проигрывание» такого мира «вперед» и «назад» во времени даст чистый повтор событий. Абсолютная механика. Полная предсказуемость в теории.
XX век разрушил эту жесткую конструкцию напрочь!
Во-первых, великий Гейзенберг вывел гениальную формулу, показавшую, что никаких точных знаний у нас в принципе быть не может: так устроена природа, она сама о себе не все «знает». Эту формулу по-другому называют «принципом неопределенности Гейзенберга». И означает сей принцип только то, что принципиально невозможно узнать все о частице, а только лишь с некоторой вполне конкретной неопределенностью. Скажем, мы не можем одновременно указать и скорость, и местоположение частицы. Если мы точно узнаем координаты частицы, мы теряем всякую информацию о ее скорости, а если точно узнаем скорость, теряем возможность узнать, где она находится. В механике такое просто невозможно!
Это еще не полное крушение ньютоновской фатальности, но уже шаг в нужном направлении. Потому что весь мир из частиц и состоит, и раз частицы неопределенны в своих координатах и скоростях, значит их будущее, как и будущее мира, предсказать невозможно.
Формула Гейзенберга не столь известна, как знаменитое уравнение Эйнштейна Е=МС2, ее не рисуют на кружках и футболках, но однажды, будучи в Болгарии, я увидел ее на этикетке бутылки с ракией. Выпил с удовольствием!
Вот он, гейзенберговский принцип неопределенности. В этой формуле дельта X – неопределенность координаты частицы, а дельта Р – неопределенность ее импульса (скорости, если хотите). Произведение этих неопределенностей не может быть меньше некоей величины (постоянной Планка). Если неопределенность в положении координаты равна нулю или близка к нулю (то есть координаты определены очень точно), тогда неопределенность импульса будет стремиться к бесконечности.
Когда Гейзенберг впервые явил миру эту формулу, физики поддались соблазну объяснить ее примерно так:
– Ну, конечно, друзья! Иначе и быть не может, ведь мы имеем дело с микромиром, а там все такое маленькое, что плакать хочется! И потому мы воздействуем на измеряемый электрон такими же по размеру штуками, как и он сам, например, бомбардируем фотонами, а значит, неизбежно вносим помеху в измеряемый объект! Измерили местоположение электрона и тем самым изменили его скорость. Поэтому и не узнаем точно, какой она была. Но ведь какой-то она была!
Можно рассудить и по-другому:
– Что такое волны? Это весьма распределенное в пространстве явление! Ну, представьте себе волнение на море. Разве можем мы задать вопрос, где точно находится волна? Этот вопрос просто не имеет смысла! Да везде! Куда ни кинь взгляд – волны до самого горизонта. О какой точной координате можно вообще говорить в таких условиях?
Все эти рассуждения верны, конечно. Но лишь отчасти: проблема оказалась гораздо глубже и фундаментальнее столь простых объяснений. Потому что появилось «во-вторых». И этим «во-вторых» была та самая волновая функция, которую мы уже упоминали, а также уравнение Шрёдингера. Эти математические конструкты описывают поведение квантов.
Не углубляясь в математику, чтобы не распугать читателей, скажем, что эти уравнения, описывающие поведение квантовой системы, не могут предсказать точный результат эксперимента, а лишь вероятность наступления того или иного события.
Самый простой пример на картинке ниже.
Если мы стреляем фотонами в полупрозрачное зеркало, расположенное под углом 45 градусов к оси фотонной пушки, то фотон с вероятностью 1/2 может пролететь зеркало насквозь или с той же вероятностью отразиться от него. То есть с вероятностью выпадения орла или решки у нас сработает либо первый, либо второй детектор.
Рис. 10
Выстреливая единичный фотон, мы принципиально не можем предсказать, куда он попадет, а можем предсказать только вероятность того или иного исхода. Зато можем точно сказать, что при выстреливании огромного числа фотонов они поровну распределятся по обоим детекторам.
Сотни лет физики знали: один и тот же эксперимент, поставленный в одних и тех же условиях, должен давать одинаковый результат. Это ж наука! Это основы! И вдруг в квантовой механике мы получаем при одних и тех же условиях разные результаты: то туда частица шлепается, то сюда. А куда шлепнется, точно предсказать невозможно.
И этот факт вызвал взрыв мозга и настоящую революцию в сознании физиков. Физики к такому не привыкли. Выяснилось, что и в самом деле «Бог играет в кости», по меткому выражению Эйнштейна, то есть сама природа не может предсказать результатов происходящего, во что Эйнштейну, как физику старой закалки, верить не хотелось. Забегая вперед, скажем, что природа действительно оказалась именно такова: в основу мироздания вшита принципиальная случайностность. И это окончательно поставило крест на абсолютизме ньютоновской механики и вывело мир из-под гнета фатализма и тотальной предопределенности всех событий. Открылось окошко для основания свободной воли и, значит, сознания (в механистическом мире Ньютона сознание было совершенно ненужным и даже лишним атрибутом).[7]
Здесь, наверное, нужно сделать небольшой пояснение для дам и гуманитариев. Человечество встречалось со случайностями и во времена Ньютона. Например, при игре в кости. Сама математическая теория вероятности зародилась задолго до появления квантовой механики. Мы все прекрасно знаем, что вероятность выпадения шестерки при броске кубика равна одной шестой. Но разница между случайностью в ньютоновском мире и случайностью квантовой принципиальна! Считается, что, обладай мы полными знаниями о кубике, о поверхности, на которую он упал, обо всех углах, скоростях и усилиях броска, мы могли бы, пользуясь механикой, вычислить результат броска. Просто мы всего этого не знаем, поэтому вынуждены считать результат броска случайным. Правда, насчет кубика – это не однозначный пример, поскольку возможны, наверное, некие «спорные» ситуации при его отскоках на ребре, когда все решает один квант энергии, поэтому обратимся для примера лучше к колоде карт.
Вот автомат в игральном зале казино перетасовал нам колоду карт, которые разложены и лежат вверх рубашками, и мы тянем одну карту. Для нас выбор карты будет случайным, поскольку ни мы, ни тем более тупой автомат не знаем ничего о расположении карт в колоде. И если карт 54, то вероятность вытянуть, скажем, туз пик, равна 1/54.
Однако мы твердо знаем, что карты уже как-то лежат! То есть если мы вытащили даму червей, то эта дама здесь и лежала. В квантовом мире все не так. Там нет значения до измерения, о чем мы еще будет говорить. Там значение творится фактом измерения/наблюдения/воздействия. Фигурально выражаясь, квантовая колода карт не имеет под рубашкой картинок. Картинка возникает только в момент, когда мы переворачиваем карту. Вот чем отличается ньютоновская случайность от квантовой. Вот во что не мог поверить Эйнштейн, полагая наши знания о квантовом мире неполными.
И старика можно понять: ведь случайность нарушает принцип причинности! Если абсолютно одинаковые причины приводят в микромире к разным последствиям, то как жить в таком неопределенном мире, в конце концов, ведь мы все тоже состоим из микрочастиц?..
В общем, мир с появлением квантовой механики стал истинно непредсказуемым. А принцип неопределенности оказался в философском смысле шире, чем его пытались объяснить в первом приближении (мол, измеряя квантовую систему, мы ее меняем, потому и не можем ничего точно о ней узнать)… Да, действительно, измеряя показатели системы, мы и вправду воздействуем на нее! Но это не значит, что у системы до измерения объективно были какие-то показатели!
Это замечание столь важно, что на нем нужно остановиться подробнее.
Глава 4
Как творится реальность
Начиная с 20-х годов прошлого века развитие квантовой механики понеслось вскачь, и на сегодня это одна из самых разработанных и самых проверенных и используемых на практике теорий, с помощью которой решается множество задач. Ее математика безупречна. Но при этом до сих пор остается открытым вопрос: а что стоит за этим математическим аппаратом? Какая физическая реальность? Или физическая нереальность?
Вот смотрите. У нас, допустим, есть две черные коробки – А и Б. И один белый шарик, который лежит в этих коробках. Поскольку шарик один, а коробок две, шарик лежит только в одной из них. Надеюсь, это не слишком сложно для понимания? Как теперь определить, в какой черной коробке лежит белый шарик? Очень просто – открыть и посмотреть! То есть провести эксперимент.
Если мы открыли коробку А, а в ней лежит белый шарик, какой вывод мы сделаем? Что белый шарик и лежал в этой коробке до того, как мы подняли крышку.
А если мы открыли коробку и в ней нет белого шарика? Значит, белый шарик лежит в другой коробке! И он там находился до того, как мы провели эксперимент и открыли пустую коробку.
Это все настолько элементарно, что любые объяснения только затемняют кристальную ясность происходящего.
Белый шарик, если он один, может находиться только в одной из коробок! Баста!
В квантовом мире все не так. Уравнения квантовой механики утверждают: квантовая система находится в суперпозиции до момента измерения. Иными словами, если формулы говорят, что частица после замера может с вероятностью 50 % оказаться в области А и с вероятностью 50 % – в области Б, то до замера она находится одновременно и в области А, и в области Б. Она «размазана» по обеим областям, только потому и может в какой-то из них проявиться. Что и называется суперпозицией состояний. Это как один электрон, пролетающий одновременно через две щели.
Отсюда вытекает, полагал Бор, что квант не обладает определенными свойствами до замера, а эти свойства у него возникают при замере, то есть порождаются самим экспериментатором. И даже спрашивать бессмысленно, были у кванта какие-то определенные свойства или нет до замера. Это вообще не физический вопрос, а философский. А физика – наука конкретная, она имеет дело только с тем, что можно измерить, а если не измерили, то и говорить не о чем! Иными словами, физика имеет дело не с реальностью, а с результатами замеров. Которые по привычке и называет реальностью.
Альберт Эйнштейн в отличие от Нильса Бора с этим никак не мог согласиться. Да, говорил он, из формалистики квантовой механики и вправду вытекает вероятностная природа самого квантового мира. Ну, так это значит, что квантовая механика просто неполна! Недоделанная теория! Просто мы еще не знаем чего-то, каких-то скрытых свойств квантов, которые и определяют, куда улетит этот фотон – влево или вправо. Это только нам фотоны кажутся абсолютно одинаковыми, и потому мы говорим о вероятностях, но на самом деле у них есть какие-то пока еще неизвестные, скрытые от нас параметры, которые и определяют их индивидуальную судьбу – влево фотон улетит или вправо! И надо работать дальше, чтобы придумать такую теорию, которая бы точно и однозначно предсказывала результат, как это всегда и бывало в физике! Иначе зачем нужна такая наука, которая не может предсказать результат или может предсказать его «наполовину», лишь с какой-то долей вероятности?
– У частицы до замера непременно были какие-то свойства: и скорость, и координаты. Не может быть так, чтобы белый шарик лежал одновременно в двух коробках. – Так полагал Эйнштейн. – Квантовая механика неполна!
– Наши представления и привычки, приобретенные нами в результате эволюции в макромире, просто не работают в мире квантовом, где есть только потенции, квантовые возможности, которые реализуются, то есть становятся классической реальностью, лишь в результате замера или, если хотите, наблюдения. – рассуждал Бор. – И с этой точки зрения квантовая механика полна. Полнее не бывает! Полнее просто некуда, мы добрались до базовой основы мироздания[8].
Точка зрения Бора и его корешей носит название копенгагенской интерпретации квантовой механики, всю суть которой можно сформулировать в одном предложении: не надо задаваться философскими вопросами, просто считайте по формулам и получите результат.
Бора поддержал Паули, который предложил:
– А зачем вообще ломать голову о том, существуют у частицы свойства до замера или не существуют, если об этом невозможно узнать, пока не померяешь? А когда померяешь, будешь иметь дело с результатом замера. А спор о том, существовало это свойство раньше или нет, подобен спору средневековых схоластов о том, сколько чертей поместятся на кончике иглы. Переливание из пустого в порожнее!
Философски Паули и Бор были правы. Мы всегда имеем дело только с результатами проверок, экспериментов, тестов. Если бы к этим двум гениям присоединился третий – ваш покорный слуга, то он (я) заметил бы в рассуждениях нашего противника Эйнштейна ошибку в виде одного незримо принимаемого допущения, которого не приметил никто. Эйнштейн утверждал, что и Луна и свойства частиц существуют вне зависимости от того, смотрим мы на них или нет. Но при этом сам термин «существование» не определял, полагая его само собой разумеющимся.
Мы, между тем, на вопрос о существовании уже отвечали: существует – значит проявляет себя. И справедливо вопрошали: а в чьих глазах? Вот физик Джон Уилер однажды гениально заметил, что именно наблюдатель делает мир проявленным[9]. То есть «проявитель» сознания служит одновременно и «закрепителем»: сознание проявляет и фиксирует физический мир, делая его реальным… Что ж, мысль, в сущности, совершенно правильная, учитывая, что классической физической реальностью физики называют то, что мы привыкли видеть и воспринимать.
А Эйнштейн, утверждая, будто Луна существует, даже когда мы на нее не смотрим, по сути, скатывался в религию, делая непроверяемое, а принимаемое только на веру допущение. Но как только его проверяешь и убеждаешься, что Луна тут как тут, снова начинаешь иметь дело не с реальностью, а с результатами проверки, как и учил Бор. А была ли Луна до момента проверки – это дело верований и вообще не стоит разговоров. Просто удобно считать, что была, раз нашлась.
С точки зрения нормального человека, прав, конечно, Эйнштейн: если мы обнаружили шарик в левой коробке, значит он там и лежал до того, как мы открыли крышку. То же самое, по идее, должно быть и в микромире: если мы замерили какую-то характеристику частицы, значит эта характеристика у частицы и была! Ну, так же всегда было! Мы меряем амперметром некий реально существующий ток, амперметр ведь не создает в сети ток своим замером! А в этой вашей квантовой физике получается, что сам замер, сам эксперимент, само наблюдение создает замеряемое свойство, которого раньше не было! Но что значит «не было»! Что это за бред? Наука всю свою историю пыталась найти такие теории и формулы, которые могли предсказать результат, в этом и состоит прогностическая сила науки! Куда упадет снаряд? Выдержит ли эта конструкция нагрузку? Не сгорит ли предохранитель в этой сети?.. А если вы в результате своих исследований пришли к тому, что не можете точно предсказать результат, а только пожимаете плечами, то что же это за наука?
Обидно!
Но ведь эйнштейновское ожидание предсказуемости, то есть твердая вера в то, что белый шарик, обнаруженный в коробке А, лежал в ней и до замера (до открытия крышки), незаметно подталкивает обывателя обратно к фатализму ньютоновского мира. Если Эйнштейн верил в неполноту квантовой механики и ждал точных прогнозов от какой-то новой теории, то он таким образом тащил нас обратно в механистический предсказуемый и внутренне противоречивый мир. Почему противоречивый? Я уже писал: если, обладая огромным массивом знаний, мы просчитаем, что завтра нам на голову упадет кирпич, сможем ли мы не пойти в ту сторону, если из причин следуют только неизбежные жесткие следствия, и только поэтому все-все можно просчитать? Чтобы иметь возможность не пойти, нам нужна какая-то принципиально «непослушная» изменчивость мира, вшитая в саму основу бытия. И такая изменчивость сущест-вует в лице принципиальной непредсказуемости! (Опять забегая вперед, скажу, что в этом случае и «непослушное» сознание должно в своей базе основываться на той же квантовой непредсказуемости.)
Но в эту непредсказуемость Эйнштейн верить упорно не хотел! И придумывал в беседах с Бором на Сольвеевском конгрессе 1927 года массу мысленных экспериментов, которые, с его точки зрения, доказывали, что квантовая механика все же неполна, что свойства частиц существуют у них до замера, а не порождаются замером, что можно вопреки запрету Гейзенберга одновременно узнать и точную координату и скорость частицы.
Спор двух великанов физики – Бора и Эйнштейна – о физической реальности.
Рис. 11
Эйнштейн выкидывал Бору, как козырную карту на стол, один мысленный эксперимент за другим. Некоторые из них были весьма хитроумными, и Бор уходил к себе весьма взволнованным, но, промучившись ночь, он-таки находил ошибку в рассуждениях Эйнштейна.
Однако самый сильный удар Эйнштейн нанес в конце этой публичной баталии. Бор тогда отмахнулся вяло (что потом и сам признавал), и потому можно сказать, что раунд между Традиционным миром и Квантовым миром закончился вничью. Кто же знал, что мысленный эксперимент Эйнштейна, тогда казавшийся невозможным для реализации, через много лет будет выполнен?
Этим мысленным экспериментом, который разработали Эйнштейн и двое его коллег, был знаменитый ЭПР-парадокс. ЭПР – это сокращение от «Эйнштейн, Подольский, Розен» – таковы были фамилии разработчиков парадокса. На троих сообразили. Статья этих трех авторов, опубликованная в 1935 году, прозвучала для физиков всего мира как гром среди ясного неба. К тому времени квантовая механика уже сильно окрепла, расслабилась, а потому удар, ею пропущенный, оказался весьма сокрушительным.
С помощью этого мысленного эксперимента Альберт Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен доказали (как им показалось), что частица обладает одновременно и определенным положением, и определенным импульсом – что прямо запрещал принцип неопределенности. То есть получалось, что частица существует все-таки в классическом, ньютонианском смысле этого слова, а вовсе не в квантовом, когда объект «размазан» по пространству и точная его характеристика создается измерением, а до измерения частица никаких характеристик не имеет, вернее, имеет все характеристики сразу, то есть находится в суперпозиции свойств (и какое из них выпадет в лотерее реальным шариком из случайностного барабана, никому не известно, даже Господу Богу).
Как рассуждали Эйнштейн и его подельники? Представьте себе, что в результате некоего физического процесса из одного центра разлетаются в разные стороны две квантовые частицы. Поскольку они родились в результате одного процесса, их характеристики связаны друг с другом в силу законов сохранения. Одна частица у нас летит вправо, другая – влево, и скорости их обязаны быть одинаковыми, но мы пока точно не знаем, какими именно.
Когда частицы разлетятся, допустим, на километр или сто километров, мы берем и ловко меряем скорость правой частицы. И поскольку, в силу родства частиц, их скорости должны быть одинаковы, мы таким образом, не производя никаких действий с левой частицей, узнаем ее скорость. Ай, хорошо!.. Мы можем поступить и по-другому: измерить у правой частицы не скорость, а координату и через связанность частиц узнать координату левой частицы.
То есть, не трогая левую частицу, мы косвенным способом узнаем ее координату или скорость. А раз мы частицы даже не касались, но скорость ее все же узнали, значит, скорость эта у частицы была, хотя квантовая механика говорит, что свойство появляется в результате замера. Но мы ее не меряли!..
Это как будто две колоды карт, которые разложены рубашками вверх двумя параллельными рядами, причем разложены соответственно: напротив дамы пик всегда лежит дама пик, напротив крестовой шестерки – крестовая шестерка и т. д. И мы знаем только это условие, но не знаем, где какая карта находится, потому что они лежат, повторюсь, рубашками вверх. И если мы поднимаем одну из 54 карт и видим бубнового валета, мы уже точно знаем, что напротив него лежит валет бубей. И раньше, до замера, он там лежал, хотя мы его не касались – просто по условию разложения двух колод!.. Такова была идея Эйнштейна.
А, между тем, ваша квантовая механика, господин Бор, учит, что если частицу не трогали, то есть никак на нее не воздействовали, то у нее попросту нет никаких определенных характеристик, они все «размазаны». А тут мы, зная, что характеристики двух частиц связаны (запутаны, говорят физики в таких случаях), и, измерив скорость одной из них, автоматом узнаем скорость другой, а значит, эта скорость у нее есть! И это еще не все! Мы ведь таким образом и координату можем узнать. Таким образом мы получили, что частица, над которой не проводились никакие измерения и воздействия, имеет обе характеристики – и скорость, и координату. Вопреки вашему поганому принципу неопределенности! Ха-ха-ха!
