«Рассуждая отвлеченно, мы все, конечно, знаем, что мир не исчерпывается
тем, что в нем уже известно и знакомо, что познано нами, а, напротив, бесконечно шире и содержательнее всего нам уже известного.
Но на практике нашего познавательного отношения к миру и – более того – нашей общей установки к бытию мы все склонны жить
в "привычном", т.е. уже известном, – жить так, как если бы мир им и кончался» (Семён Франк: «Непостижимое», 1939).
В 1964 году Джон Белл пришел к неожиданному для многих его коллег теоретическому выводу, утверждающему
возможность отличить предсказания теорий, которые основаны на локальности и детерминизме (то есть на постулатах классической
физики), от предсказаний нелокальной (квантово-механической) теории. Он создал математическую формулу для локальности и предложил
сценарии, которые, показывая предсказания квантовой механики, нарушают эту формулу. Джон Белл сумел доказать, что можно провести серийный эксперимент, статистические результаты
которого подтвердят или опровергнут наличие скрытых параметров в квантово-механической теории, чем с очевидностью продемонстрируют
справедливость лишь одной из двух теорий. Но осуществить столь многочисленную серию экспериментов оказалось непросто. Для
получения статистически выверенной картины потребовался огромный массив данных. На их сбор и дальнейшую статистическую
обработку ушло несколько лет титанических усилий немалого количества исследователей.
Всё прояснилось в начале 1970-х годов, когда обобщили результаты всех проведенных экспериментов.
Движение квантовых частиц от их источника к измерительному прибору (датчику) волновая функция распределения вероятностей
описывает совершенно безошибочно, а это означает, что уравнения квантовой механики скрытых переменных не содержат. В целом,
осуществленная серия опытов показала, что запутанные квантовые частицы коррелируют значительно сильнее, чем можно было
ожидать согласно законам классической физики. Таким образом, полученный результат в основном подтвердил ведущую теорию,
но ничего нового в нее не добавил. Теорема Белла содержала несколько брешей, устранить которые невозможно было без проведения
столь масштабного экспериментального исследования. Почти все из них были благополучно закрыты. За исключением, пожалуй,
одной. Физики называют ее «свободой воли» или «регулирующейся независимостью». Это означает, что события в общем прошлом
детекторов способны влиять на их настройки в проводимом эксперименте. Другими словами, совершая выбор настроек для каждого
из детекторов частиц, экспериментатор не обладает полной свободой воли.
Что называется, приехали. После подобных пассажей невольно проникаешься сочувствием к попыткам
современных физиков объяснить результаты экспериментов с субатомными частицами с позиций классической физики. Мир квантов
упорно не желает втискиваться в модель мира трехсотлетней давности. За последние десятилетия наука собрала такой объем информации,
который на порядки превышает всё то, что было ей известно к началу прошлого века. И эти данные зачастую противоречат парадигме
мировосприятия, сложившейся в основе своей еще во времена Исаака Ньютона. А ведь психологическое восприятие мира у большинства
представителей науки (не говоря уже об остальных гражданах) почти не изменилось с тех пор.
Устаревшая парадигма, несмотря на отдельные робкие попытки подправить ее из-за нарастающего
количества неудобных фактов, продолжает доминировать в научном мышлении. Изредка незначительные обновления происходят
лишь в интерьере здания науки, а фундамент, стены и крыша остаются нетронутыми, даже фасад почти не изменился. Но необходимость
реставрации отжившего потеряла уже свою актуальность. Современная наука нуждается ныне в новом доме, на совершенно новом
фундаменте. Избавиться от накопившихся парадоксов, противоречий, нестыковок и брешей в старых стенах не получится, а любая
попытка создать очередную «теорию всего», основываясь в значительной мере на ньютоновских представлениях об устройстве
Вселенной, останется лишь попыткой – более-менее грандиозной или более-менее красивой, но всегда в чем-то ущербной.
Квантовая механика описывает физические действия, которые сравнимы по величине с постоянной
Планка – основной константой квантовой теории. Так как величина самой постоянной Планка чрезвычайно мала, то внимание квантовой
механики сосредоточено в основном на системах микроскопических масштабов. В свою очередь, классическая механика способна
адекватно описывать преимущественно лишь системы макроскопических масштабов. Поэтому предсказания квантовой и классической
механик могут существенно отличаться друг от друга. Со времени создания квантовой теории и до наших дней у физиков не ослабевает
соблазн как-то примирить оба подхода в описании природы реальности. Многие десятилетия им удавалось поддерживать иллюзию
некоторого прогресса в разрешении этой непростой задачи, как с помощью всевозможных дополнений и уточнений самой квантовой
теории, так и стараниями расширить спектр возможностей классической теории для лучшей ее адаптации к условиям возрастающего
потока новой (часто противоречивой) информации. Однако бесперспективность, тупиковость такого пути становится всё более
очевидной для многих исследователей. Целостность мироздания, единство природы реальности было аксиомой для мыслителей и
духовных учителей древности. В нашу эру научный взгляд на возможное устройство Вселенной, природу материального мира и сознания
долгое время игнорировал это фундаментальное знание древности.
Изучение законов движения физических объектов, соизмеримых с земными масштабами, постепенно
сформировало классическую механику. В начале ХХ века для описания физических процессов, характеризующихся околосветовыми
скоростями и имеющими галактические масштабы, она была дополнена разработкой специальной и общей теорий относительности.
После открытия элементарных частиц также стало очевидным, что возможности классической механики слишком ограничены для
адекватного описания действий на субатомном уровне. Необходимость теоретического обоснования экспериментальных исследований
элементарных частиц привела к созданию квантовой механики. Таким образом, физическая картина мира была условно разделена
на три относительно самодостаточные части – мегамир, макромир и микромир. Несмотря на то что это части одного целого, ведь
все объекты Вселенной, в том числе планеты и звезды, состоят из мельчайших частиц микромира, пока не существует единой теории,
способной охватить своим описанием весь мир физических явлений и объектов. Поэтому мегамиром и макромиром уже традиционно
занимается классическая механика и дополняющие ее теории (в частности специальная теория относительности и общая теория
относительности), а микромиром – квантовая механика. Попытки навести между ними мосты осуществлялись всегда, продолжаются
они и сейчас, но главные противоречия по-прежнему остаются неразрешенными.
Современной физике на сегодняшний день известны четыре фундаментальных взаимодействия: гравитационное,
электромагнитное, сильное ядерное и слабое ядерное. Создание цельной научной картины мироздания требует объединения этих
взаимодействий в одной теории. За последние полстолетия какие-то промежуточные результаты были достигнуты, но, несмотря
на значительные усилия физиков добиться успеха в этом направлении, «великое объединение» всё еще не наступило. Создание
многочисленных теорий с целью сгладить противоречия между устоявшимися представлениями о реальности и новыми концепциями,
основанными на более внушительной базе экспериментальных данных, не привело за прошедшее столетие к существенному изменению
общей ситуации в науке.
Что же мешает кардинальному прорыву в научном мышлении? Возможно, причина имеет не технический,
а гуманитарный характер, как бы странно это не звучало? Возможно, существующие мировоззренческие установки исследователей
не позволяют им смотреть на вещи, явления и процессы настолько широко и глубоко, чтобы суметь связать воедино известные им
части целого в одну грандиозную по масштабу картину? Возможно, они на подсознательном уровне сопротивляются такой перспективе?
Ведь решение этой задачи однозначно изменит всё, но пока неизвестно, как это отразится на каждом из них. Мало кто способен
отказаться от того, к чему шел многие годы, что стало его основанием в социуме, значимостью в науке, верой в профессиональную
востребованность, надеждой на благополучие и в будущем. Большинство опасается покидать зону привычного комфорта, не торопится
расставаться с устроенностью положения и прогнозируемостью результатов своих усилий.
Но научные революции происходят не потому, что к ним стремится большинство ученых. К революционным
изменениям подталкивает сама жизнь. Когда старые методы и подходы достаточно долго не позволяют найти решение предельно
актуальной задачи, что становится серьезным препятствием для дальнейшего развития науки, а поток новых данных, противоречащих
устоявшимся представлениям, набирает некую критическую массу, справиться с которой в прежних рамках уже не представляется
возможным, наступает благоприятная ситуация для изменения структуры мышления. Первыми поднимаются на новую ступень познания
немногие. Они становятся маяками для своих последователей, которые включаются в процесс осторожно и постепенно, но впоследствии
берут на себя основной объем работы по формированию нового научного мировоззрения.
Такой очередной ступенью в начале прошлого века стала квантовая механика. Ее создание повлияло
на весь дальнейший ход развития современной науки, открыв более широкие перспективы в изучении и понимании природы физической
реальности. Хоть у истоков нового мышления всегда находятся те, кто сформировался на фундаменте прежних представлений и
убеждений, открытость новому знанию, стремление к поиску научной истины и готовность к пересмотру и переоценке собственных
устоявшихся взглядов и общепризнанных постулатов делает их первооткрывателями и первопроходцами, основоположниками новых
направлений и провозвестниками грядущего переосмысления научной картины мира. Новое упорно пробивает себе дорогу, но и старое
не торопится уходить, сдавать завоеванные в умах позиции. Такие переходные периоды растягиваются на долгие десятилетия и
охватывают многие поколения исследователей. Характеризуются они постоянными попытками объяснить сегодняшние открытия
на языке вчерашних убеждений. Это и неудивительно. Язык никогда не поспевает за чувствами и ощущениями. Он всего лишь результат
осмысления воспринятого нами в прошлом, даже если это случилось мгновение назад.
В качестве одного из показательных примеров встречи старого с новым и поиска компромисса между
ними можно назвать знаменитую концепцию корпускулярно-волнового дуализма. Она возникла в процессе разработки квантовой
механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с позиции классических представлений. Согласно принципу корпускулярно-волнового
дуализма, любой физический объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные, или квантовые, свойства. Постепенно
эта концепция была несколько переосмыслена, и термин «дуализм» утратил свою прежнюю актуальность. Один из создателей квантовой
механики Вернер Гейзенберг высказался по этому поводу так: «Свет и материя не могут одновременно состоять из волн и частиц,
так как оба представления друг друга исключают. Свет (фотоны) и весомая материя суть единые физические явления и двойственность
их свойств только кажущаяся. Она зависит от того, что наши представления и наш язык возникли из наблюдений за большими телами
и для атомных процессов не были приспособлены. Это заставляет при описании таких процессов прибегать к неполным аналогиям,
которые дают волновая и корпускулярная картины».
Физики выяснили, что квантовые объекты сами по себе не являются ни классическими волнами, ни
классическими частицами, а демонстрируют свойства первых или вторых лишь при их наблюдении и измерении. Таким образом, до
наблюдения и измерения целостная квантовая система находится в суперпозиции возможных (альтернативных, взаимоисключающих)
состояний и не имеет каких-либо определенных характеристик, а в момент измерения наблюдатель фиксирует лишь одно из состояний
какой-то конкретной подсистемы. Это можно объяснить тем, что восприятие наблюдателя организовано как классическая система,
для которой свойственно оперировать локальными понятиями (частица, точка, волна, продолжительность действия, месторасположение
в пространстве и т.д.), а квантовые системы – это явления нелокального мира, который наполнен такими «чудесами», как «всё и
ничего», «везде и нигде», «всегда и никогда» и другими подобными. Поэтому любая попытка описания событий нелокального мира
с помощью локальных понятий неизменно заканчивается квантовым парадоксом.
Поведение квантовых частиц практически невозможно объяснить с точки зрения «классического
наблюдателя», мировоззрение которого сформировалось на классических представлениях о природе физического мира и зависит
от классического восприятия пространства и времени. Многих экспериментаторов изумляют результаты их исследований. Загадки
квантового мира способны у некоторых вызывать даже мистический трепет. Но, видимо, проблема интерпретации квантовых эффектов
находится в основе самого процесса наблюдения, а также может возникать из-за некорректной постановки целевого вопроса, сформулированного
под воздействием научных взглядов и прогнозных ожиданий экспериментатора. Теоретически с этим могут согласиться многие,
но на практике значение роли наблюдателя традиционно игнорируется и в расчет не принимается. По устоявшейся привычке наблюдатель
изначально отделяет себя от объекта исследования и, пытаясь измерить и зафиксировать его свойства и характеристики, не допускает
возможности собственного влияния на результат проводимого эксперимента, что впоследствии находит свое отражение в описаниях
и математических уравнениях.
Тысячи осуществленных на основе теоремы Белла экспериментов убедительно показали, что запутанные
квантовые частицы, вне зависимости от разделяющего их расстояния, мгновенно влияют друг на друга. Измеряя одну частицу, экспериментатор
может предсказать состояние другой, а это противоречит локальному принципу и, соответственно, подтверждает нелокальность
природы реальности. До измерения квантовая система (например, пара частиц) находится в состоянии когерентной суперпозиции,
но в момент измерения одной из частиц происходит редукция (коллапс, схлопывание) ее волновой функции. Из нелокального состояния
она переходит в локальное. Одновременно коллапсирует волновая функция и второй частицы, спин (вращение) которой оказывается
противоположным по отношению к спину первой частицы. Какое бы расстояние их не разделяло, это никак не отражается на способности
мгновенного воздействия одной частицы на другую. Наблюдатель в недоумении: результаты эксперимента не вписываются в привычную
картину мира. Квантовые частицы ведут себя так, будто пространства-времени для них не существует, а это не согласуется с известными
физическими законами.
Комментариев нет:
Отправить комментарий