Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

Кумар Манжит

Глава 13.

Квантовая реальность

“Принстон — сумасшедший дом... Эйнштейн — совсем чокнутый”, — написал Роберт Оппенгеймер в январе 1935 года¹. Тогда самому известному физику-теоретику, воспитанному Америкой, был тридцать один год. Через двенадцать лет, уже человеком, возглавившим работы по созданию атомной бомбы, Оппенгеймер вернется в Институт перспективных исследований, чтобы руководить “сумасшедшим домом” и населяющими его “солипсическими светилами, сверкающими в отделенном от мира и беспомощном уединении”². К этому времени Эйнштейн уже смирился

с тем, что благодаря его критическому отношению к квантовой механике в Принстоне его “считают старым дураком”³.

Это мнение было широко распространено среди нового поколения физиков, впитавших эту теорию с молоком матери и согласных с оценкой Дирака, что квантовая механика объясняет “практически всю физику и химию”⁴. Теория пользовалась оглушительным успехом, и для них не имела значения склока стариков, все еще пытающихся понять смысл квантовой механики. К концу 20-х годов, когда удалось последовательно, одну за другой, решить задачи ядерной физики, внимание сместилось от атомов к ядрам. В начале 30-х годов открытие нейтрона Джеймсом Чедвиком в Кембридже и работы Энрико Ферми и его группы в Риме по исследованию реакций, происходящих при столкновении нейтронов с ядрами, открыли новые горизонты ядерной физики⁵. В 1932 году Джон Кокрофт и Эрнест Уолтон, коллеги Чедвика по Кавендишской лаборатории, руководимой Резерфордом, сконструировали первый ускоритель частиц, с помощью которого было расщеплено атомное ядро.

Да, Эйнштейн переехал из Берлина в Принстон, но физика продолжала свое движение и без него. Он знал это, но чувствовал, что заработал право заниматься той физикой, которая интересует его самого. В октябре 1933 года, когда Эйнштейн явился в Институт перспективных исследований, ему показали кабинет и спросили, какое ему потребуется оборудование. “Конторка или стол, стул, бумага и карандаш, — ответил он. — О да! И еще большая корзина для мусора, чтобы я мог выбрасывать туда мои ошибки”⁶. Их было в избытке, но Эйнштейн не унывал: он занимался поисками своего Грааля — единой теории поля.

Точно так же, как Максвелл в XIX веке объединил в рамках единой теории электричество, магнетизм и свет, Эйнштейн надеялся объединить электромагнетизм и общую теорию относительности. Для него такое объединение было шагом логически верным и неизбежным. Первую попытку построить подобную теорию он предпринял еще в 1925 году. Эта попытка закончилась ничем. После открытия квантовой механики Эйнштейн верил, что и эту новую физику можно будет вывести из единой теории поля.

После Сольвеевского конгресса 1930 года прямых контактов между Бором и Эйнштейном практически не было. Важный канал связи исчез после самоубийства Пауля Эренфеста в сентябре 1933 года. Отдавая дань памяти друга, Эйнштейн писал об его внутренней борьбе, попытках понять квантовую механику, о возрастающей “сложности восприятия новых идей, с которой всегда сталкиваются люди старше пятидесяти. Я не знаю, кто из читателей этих строк сможет полностью осознать всю глубину такой трагедии”⁷.

Многие ошибочно приняли слова Эйнштейна за жалобу на собственное угнетенное состояние. Теперь, когда ему было больше пятидесяти, он понимал, что его считают реликтом, отказывающимся или неспособным жить с квантовой механикой. Но он знал также, чем он и Шредингер отличаются от многих физиков: “Почти все наши коллеги смотрят не на теорию через призму фактов, а на факты через призму теории. Они не могут выбраться из концептуальной сети, в которую однажды попали, и теперь им остается только нелепо барахтаться в ней”⁸.

Несмотря

на конфликт поколений, всегда находились молодые люди, страстно желавшие работать с Эйнштейном. Один из них — двадцатипятилетний Натан Розен из Нью-Йорка, который в 1934 году покинул Массачусетский технологический институт, чтобы стать ассистентом Эйнштейна. За несколько месяцев до этого сотрудником Института перспективных исследований стал и родившийся в России тридцатидевятилетний Борис Подольский. Они встретились с Эйнштейном в 1931 году в Калифорнийском технологическом институте и сделали там совместную работу. Теперь у Эйнштейна созрела идея еще одной статьи. Она должна была стать новой вехой в его дебатах с Бором, началом новой атаки на копенгагенскую интерпретацию.

На Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 годов Эйнштейн пытался обойти принцип неопределенности. Он хотел показать, что квантовая механика не самосогласованна и, следовательно, не полна. Бор с помощью Гейзенберга и Паули отбил все атаки и защитил копенгагенскую интерпретацию. Впоследствии Эйнштейн согласился с тем, что квантовая механика логически самосогласованна, но не считал ее той законченной теорией, которой, по заявлению Бора, она являлась. Эйнштейну нужна была новая стратегия, чтобы показать неполноту квантовой механики и ее неспособность отобразить физическую реальность целиком. Для этого он разработал мысленный эксперимент, объяснить который удалось очень нескоро.

В начале 1935 года Эйнштейн, чтобы тщательно обсудить свою новую идею, несколько недель подряд встречался с Подольским и Розеном. На Подольского легла задача написания окончательного текста статьи, а Розен выполнил большинство расчетов. Как вспоминал позднее Розен, Эйнштейн “сформулировал общую постановку задачи и ее смысл”⁹. Статья Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР) “Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?” занимала всего четыре страницы. Она была отправлена в печать в конце марта и опубликована 15 мая в американском журнале “Физикал ревю”¹⁰. Ответ ЭПР на поставленный вопрос был однозначным: “Нет”. Еще до того, как статья вышла, имя Эйнштейна обеспечило ей никому не нужную рекламу.

Четвертого мая 1935 года, в субботу, на одиннадцатой странице “Нью-Йорк тайме” появилась заметка с интригующим заголовком: “Эйнштейн нападает на квантовую теорию”. В статье говорилось: “Профессор Эйнштейн готовит атаку на важную научную теорию — квантовую механику, которой он приходится чем-то вроде дедушки. Он пришел к выводу, что, несмотря на то, что эта теория ‘правильна’, она не ‘полна’”. Тремя днями позднее газета напечатала заявление явно раздраженного Эйнштейна. Хотя и не новичок в общении с прессой, он писал, что “привык обсуждать научные проблемы только с соответствующим кругом лиц и резко осуждает появление любых предварительных заявлений, касающихся таких вопросов, в обычной печати”¹¹.

Свою статью Эйнштейн, Подольский и Розен начали с установления разграничения между физической реальностью как таковой и ее физическим осмыслением: “При анализе физической теории необходимо учитывать различие между объективной реальностью, которая не зависит ни от какой теории, и теми физическими понятиями, которыми эта теория оперирует. Эти понятия вводятся в качестве элементов, которые должны соответствовать объективной реальности, и с помощью этих понятий мы представляем себе эту реальность”¹². По утверждению ЭПР, оценивая успех любой физической теории, надо недвусмысленно ответить “да” на два вопроса: правильна ли теория? является ли даваемое теорией описание полным?