Квантовая теория и раскол в физике - Поппер Карл Раймунд (читать полностью бесплатно хорошие книги .txt) 📗

отличает область "бесспорной приложимости" квантовой механики (он называ-

ет ее атомной механикой) от ядерной механики и адроники, и его самый при-

влекательный аргумент в поддержку того, что квантовая механика не может без

новых проверок считаться истинной в области ядерной механики и адроники, состоит, как мне кажется, в призыве вернуться к здравомыслию – к реализму и

объективизму, которые отстаивал Эйнштейн и которые были отвергнуты двумя

другими великими физиками – Гейзенбергом и Бором.

V

16

Таковы предпосылки, позволяющие понять современную ситуацию в фи-

зике. Правда, возникли новые моменты: например в работах Дж. Белла (я их

рассмотрю ниже). Однако даже работы Белла через аргумент Эйнштейна, По-

дольского и Розена напрямую связаны с проблемами реализма, вероятности, полноты и финальности. Сам же этот аргумент в его первоначальной форме

был направлен против характерной для копенгагенской интерпретации оппози-

ции реализму.

Действительно, за последнее десятилетие появились новые захватываю-

щие результаты, касающиеся основ квантовой теории. Они связаны со знамени-

тым мысленным экспериментом (1935) Эйнштейна, Подольского и Розена (да-

лее ЭПР). Эйнштейн придумал этот эксперимент вскоре после того, как я попы-

тался предложить аналогичный эксперимент. Однако мой мысленный экспери-

мент, материал по которому я опубликовал в "Naturwissenschaften" и в "Logik der Forschung" в 1934 г., был несостоятелен. Поскольку я действовал сходным, правда, к сожалению, ошибочным образом, стоит наверное упомянуть, что я

был одним из первых философов, осознавших значимость ЭПР, и всегда очень

интересовался этим мысленным экспериментом. Среди физиков он был попу-

лярен с самого начала, однако философы игнорировали его. Именно аргумент

ЭПР привел к новым результатам, касающимся основ квантовой теории, в ча-

стности к тому, что называется неравенством Белла и проблемой нелокальности

[17].

Следует различать два этапа в той концептуальной эволюции, которая

привела к современному положению дел. На первом этапе появилась сама ста-

тья ЭПР, написанная против действия на расстоянии. Эта статья сделала впер-

вые ясным то, что копенгагенская интерпретация ведет к признанию действия

на расстоянии, причем даже на очень большом расстоянии.

Второй этап связан с именем Давида Бома [18]. Здесь возник ряд новых

моментов. Аргументация Бома основывается на поляризации или спине. В ис-

ходной версии ЭПР спин не играл роли, но в версии Бома он приобрел решаю-

щее значение. Исходная версия ЭПР была чисто мысленным аргументом, сна-

17

чала казалось, что соответствующий реальный эксперимент невозможен. Бо-

мовская же версия оказалась экспериментально проверяемой.

VI

Исходная версия ЭПР аргумента была, в сущности, направлена против

интерпретации Гейзенбергом так называемых "соотношений неопределенно-

стей", сформулировавшим эти соотношения, т.е. против той интерпретации

формулы

∆ p ∆ q ≥ ћ/2π, (1) χ

χ

которая была предложена Гейзенбергом. Данная формула устанавливает, что

два интервала или диапазона – в данном случае интервал ∆ px проекции им-

пульса вдоль оси x и интервал ∆ q x пространственной координаты на оси x –

связаны таким образом, что их произведение не может быть меньше, чем по-

стоянная Планка, деленная на 2π. Это означает, разумеется, что чем меньшим

мы делаем ∆ px, тем большим становится ∆ qx, и vice versa.

Формула такого рода характерна для любой волновой теории. Она, на-

пример, возникает, если волновая теория света прилагается к ситуации, когда

луч света, распространяющийся вдоль оси x падает на экран с узкой щелью.

Чем уже щель ∆ qx, тем больше будет после прохождения луча через щель

угол рассеяния импульса этого луча в направлении y. (Аналогичный результат

получается из шредингеровской волновой теории электронов.) 18

Формула (1) может быть получена, например, путем применения волно-

вого уравнения к описанной физической ситуации. Это говорит о том, что фор-

мула нуждается в интерпретации: она возникает из теории, когда теория при-

лагается к таким опытам, как опыт с лучом, падающим на экран с узкой щелью, а также к сходным опытам.

Согласно Гейзенбергу и копенгагенской интерпретации, дело здесь в

проблеме, которая возникает при всяком измерении, так что формула (1) спра-

ведлива для всех измерений некоммутирующих пар переменных и для всех эле-

ментарных частиц, скажем протонов, электронов.

На первых порах она не рассматривалась как часть формализма самого по

себе (таковой частью, например, считалось уравнение Шредингера). Она выво-

дилась Гейзенбергом путем приложения формализма к небольшому числу та-

ких физических ситуаций, которые могут быть представлены как измерения.

Гейзенберг пытался объяснить ограничения, которые его интерпретация

накладывает на все возможные измерения, указывая, что если мы измеряем

элементарную частицу, мы возмущаем ее или воздействуем на нее.

Эта ранняя интерпретация предполагала, что частица имеет отчетливо

фиксируемое положение и импульс, но мы никогда не можем их точно изме-

рить из-за нашего взаимодействия с ней. Эта интерпретация изменилась после

того, как Шредингер предположил, что частица может быть представлена вол-

новым пакетом и может в действительности быть таким пакетом [19].

Аргумент Эйнштейна, Подольского и Розена может трактоваться как на-

правленный против (а) представления о том, что частица не может обладать в

одно и тоже время точной координатой и точным импульсом, (б) представления

о том, что всякое измерение координаты должно возмущать импульс частицы и

vice versa. Рассмотренный очень кратко, он представляет собой следующее [20].

Представим себе составную систему, описываемую уравнением Шредин-

гера и состоящую, скажем, из двух частиц A и B, которые предварительно со-

ударялись друг с другом. После соударения они разлетаются в разные стороны, и над одной из частиц, скажем A, проводится измерение. Мы можем выбирать, 19

какое свойство подлежит измерению, например, измерять координату или им-

пульс. Если измеряется координата A, то результат измерения вместе с ψ-

функцией составной системы позволяет найти координату B. Если измеряется

импульс A, то аналогичным образом можно определить импульс B. "Квантовая

механика, – пишет Эйнштейн, – дает нам тогда (т.е. после измерения над A) ψ-

функцию для подсистемы B, и мы получаем разные ψ-функции, которые разли-

чаются выбранным способом измерения системы A" [21]. Частицу B можно

тем временем поместить, скажем, на Сириус. Иными словами, в противопо-

ложность тому, что заявляет копенгагенская интерпретация, мы имеем возмож-

ность измерять координату или импульс B, не возмущая эту систему (возмущая

только подсистему A).

В самом деле, B слишком удалена, чтобы на нее можно было бы воздей-

ствовать. В ЭПР аргументе предполагается, что дальнодействие невозможно

(что следует из специальной теории относительности). Это предположение

позднее было названо "принципом локальности" и "принципом локального дей-

ствия". Исходя из факта, что мы можем определить координату и импульс час-