Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

Кумар Манжит

Как только появилась статья ЭПР, первооткрыватели квантовой механики по всей Европе забили тревогу. “Эйнштейн опять публично выступил против квантовой механики и даже опубликовал свое заявление (вместе с Подольским и Розеном — не слишком хорошая компания, кстати) в выпуске ‘Физикал ревю’ за 15 мая. Хорошо известно, что всякий раз, когда такое происходит, это означает катастрофу”, — написал Паули из Цюриха Гейзенбергу в Лейпциг¹⁸. Тем не менее Паули, как только он один умел это делать, признал, что “если бы такие возражения выдвинул кто-нибудь из моих первокурсников, я бы счел его вполне умным и многообещающим”¹⁹.

С рвением миссионера, проповедующего квантовую механику, Паули убеждал Гейзенберга немедленно опубликовать опровержение. Он хотел предотвратить любые сомнения и неуверенность среди коллег-физиков, которые могли последовать за Эйнштейном. Паули

признавался, что рассматривает возможность написать с “педагогическими” целями “развернутую статью, чтобы еще раз четко сформулировать те положения квантовой теории, которые вызывают у Эйнштейна особые интеллектуальные трудности”²⁰. В конце концов черновик ответа на статью ЭПР написал Гейзенберг и послал экземпляр Паули. Но Гейзенберг отказался его публиковать из-за того, что к этому времени взял в руки оружие и встал на защиту копенгагенской интерпретации сам Бор.

“Для нас нападение ЭПР было как гром среди ясного неба, — вспоминал Леон Розенфельд, гостивший в это время в Копенгагене. — Его воздействие на Бора было поразительным”²¹. Убежденный, что при тщательной проверке мысленного эксперимента ЭПР обнаружится место, где Эйнштейн ошибается, Бор немедленно оставил все остальные дела. Он покажет, “как надо правильно говорить об этом”²². Бор начал возбужденно диктовать Розенфельду черновик ответа. Но вскоре его уверенности поубавилось. “Нет, так не пойдет, мы должны начать все сначала”, — бормотал Бор себе под нос. “Так продолжалось некоторое время, и все больше росло удивление от неожиданной проницательности возражений [ЭПР], — рассказывал Розенфельд. — Время от времени он поворачивался ко мне и спрашивал: ‘Что это может означать? Вы понимаете?’”²³. Через некоторое время, все больше тревожась, Бор понял, что аргументация Эйнштейна остроумна и изобретательна. Оказалось, что опровергнуть работу ЭПР труднее, чем предполагал Бор, и, объявив, что “утро вечера мудренее”, он ушел²⁴. На следующий день Бор выглядел спокойнее. “Они сделали все очень умело, — сказал он Розенфельду, — но важно, чтобы это было еще и правильно”²⁵. Следующие шесть недель Бор ни днем, ни ночью ничем другим не занимался.

Еще до того, как был готов ответ на статью ЭПР, 29 июня Бор написал в журнал “Нейчур”. Письмо было озаглавлено “Квантовая механика и физическая реальность”. В нем кратко излагалась суть контраргументов Бора²⁶. Редакторы “Нью-Йорк таймс” снова почуяли сенсацию. “Бор и Эйнштейн не поладили / Они начали дискуссию о фундаментальном характере реальности”, — статья под таким заголовком вышла 28 июля. Читателям сообщалось, что “на этой неделе публикация в последнем номере британского научного журнала ‘Нейчур’ положила начало дискуссии между Эйнштейном и Бором. Профессор Бор предварительно изложил свои возражения профессору Эйнштейну и пообещал, что ‘более развернутая аргументация в скором времени будет представлена в статье в журнале ‘Физикал ревю’”.

Бор выбрал для публикации тот же журнал и озаглавил свою шестистраничную статью (редакция получила ее 13 июля) так же, как и ЭПР: “Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?”²⁷ Пятнадцатого октября ответ Бора, настойчиво повторявшего: “да”, был опубликован. Однако Бору не удалось обнаружить ошибку в рассуждениях ЭПР, поэтому ответ свелся к утверждению, что предоставленные Эйнштейном свидетельства неполноты квантовой механики не настолько красноречивы, чтобы соответствовать такому сильному утверждению. Используя давно и хорошо известную тактику дебатов, Бор начал защиту копенгагенской интерпретации, оспорив главное в аргументации Эйнштейна: критерий физической реальности. Бор верил, что ему удалось нащупать слабое место. Таковым он считал утверждение о том, что измерение необходимо проводить “без какого-либо возмущения системы”²⁸.

Бор рассчитывал воспользоваться тем, что он описал как “двусмысленность, внутренне присущую” критерию реальности “при его применении к квантовым явлениям”. Фактически он публично отступил от ранее занятой позиции — утверждения, что акт измерения неизбежно приводит к физическому возмущению. Именно возмущение Бор использовал для опровержения предыдущих мысленных экспериментов Эйнштейна.

Тогда он показал, что невозможно знать одновременно точный импульс и точную координату частицы, поскольку акт измерения одной из этих характеристик приводит к неконтролируемому возмущению, исключающему точное измерение другой. Бор прекрасно понимал, что ЭПР не пытаются оспорить принцип неопределенности Гейзенберга, поскольку в их мысленном эксперименте

одновременного измерения импульса и координаты частицы не происходит.

Бор имел в виду именно это, когда писал, что в мысленном эксперименте ЭПР “не идет речь о механическом возбуждении рассматриваемой системы”²⁹. Сейчас он сделал это важное признание публично, а несколькими годами позднее, у камина в своем загородном доме в Тисвильде, он затронул этот вопрос в частном разговоре с Вернером Гейзенбергом, Хендриком Крамерсом и Оскаром Клейном. “Не странно ли, — сказал Клейн, — что Эйнштейн испытывает такие трудности в признании роли случая в атомной физике?”³⁰ Это связано с тем, что “нельзя произвести наблюдение, не внося возмущение в исследуемое явление, — отозвался Гейзенберг. — Квантовые явления мы описываем с помощью наблюдений, которые автоматически вводят некую неопределенность в наблюдаемое явление. Именно с этим Эйнштейн отказывается согласиться, хотя знает все прекрасно”³¹. “Я не совсем согласен с вами, — сказал Бор Гейзенбергу³². — В любом случае я нахожу, что утверждения типа ‘наблюдение вносит неопределенность в явление’ неточными и вводящими в заблуждение. Природа учит нас, что слово ‘явление’ неприменимо к атомному процессу до тех пор, пока мы не уточним, как проводился эксперимент или какие приборы использовались для наблюдения. Если использовалась определенная экспериментальная установка и было выполнено определенное наблюдение, допустимо говорить о явлении, но не о его возмущении при наблюдении”³³. Однако прежде — и во время, и после Сольвеевских конгрессов — записи Бора пестрели словами об акте измерения, вносящем возмущение в наблюдаемый объект. Именно это предположение позволило ему тогда развенчать мысленные эксперименты Эйнштейна.

Надеяться на “возмущение” Бор перестал из-за непрекращающегося давления на копенгагенскую интерпретацию со стороны Эйнштейна. Он понимал: это означает, что электрон, например, существует в состоянии, которое можно возмутить. Теперь Бор делал упор на то, что наблюдаемый микроскопический объект и аппаратура, с помощью которой выполняется измерение, образуют неделимое целое — “явление”. Здесь для физического возбуждения, связанного с актом измерения, просто не оставалось места. Именно поэтому Бор был уверен, что критерий реальности ЭПР допускает двоякое толкование.

Увы, ответ Бора был далеко не таким ясным, как ему хотелось. В 1949 году, перечитав эту работу, он согласился, что “изложение было недостаточно понятным”. Он старался разъяснить, что “существенная неоднозначность”, на которую он указывал, возражая ЭПР, кроется в словах: “Неотъемлемые физические свойства объектов, когда имеют дело с явлениями, для которых нельзя строго разграничить поведение самих объектов и их взаимодействие с измерительной аппаратурой”³⁴.

Бор не возражал против предсказанных ЭПР результатов измерений свойств частицы В, базирующихся на знании, приобретенном при измерении свойств частицы А. По схеме ЭПР, когда импульс частицы А измерен, можно предсказать точно результат такого же измерения импульса частицы В. Однако, возражал Бор, это не означает, что для частицы В импульс является независимым элементом реальности. Только когда выполняется “действительное” измерение импульса частицы В, можно говорить, что она обладает импульсом. Импульс частицы становится “реальностью” только тогда, когда эта частица взаимодействует с устройством, сконструированным для измерения ее импульса. Частица не существует в некотором неизвестном “реальном” состоянии до акта измерения. Если не измерены координата и импульс, утверждал Бор, бессмысленно заявлять, что частица действительно обладает какой-либо из этих характеристик.

Для Бора при определении элемента реальности, о котором говорили ЭПР главную роль играла измерительная аппаратура. Именно то обстоятельство, что физик сам выбирает прибор для измерения точной координаты частицы А, откуда он и может достоверно определить координату частицы В, исключает возможность измерить импульс частицы А, и, следовательно, он не может сделать вывод об импульсе частицы В.

Бор был согласен с ЭПР в том, что прямого возмущения состояния частицы В не происходит. Но тогда, возражал он, соответствующий ей “элемент физической реальности” должен определяться с учетом характера измерительного устройства и измерений, проведенных над частицей A.