Онтологические прогулки

4. 2 Истина как предчувствие. Очевидность невероятного  (продолжение) 

Кризис мировоззрения и иррациональное влияние

Кризис рационального мышления, который пришёлся на первую треть XX века, был одним из аспектов общего кризиса, но борьба с причинностью как проявлением бездушного механицизма на протяжении всего XIX столетия была лейтмотивом немецкого романтизма, ратовавшего за стихию жизни. Известно, что Шопенгауэр самонадеянно назначал время своих лекций на то же время, что и Гегель. Этот эксперимент кончился для него неудачей: Гегель был предпочтён, триумф не состоялся. По прошествии столетия итог, по-видимому, был бы не в пользу логики и диалектики. Социальные и политические потрясения только усугубили это положение вещей. На их фоне рационализм и реализм значительной частью немецкого общества воспринимались как главная причина бедствий. Сложилась уверенность в том, что общество живет неправильно, и только возвращение к стихийной полноте жизни спасёт его, вернёт на естественный путь развития. Удивляло другое: дух иррационализма витал не только над головами свободных философов, художников, писателей и поэтов, но и над головами учёных-натуралистов. Чрезвычайно популярная в эти годы книга Освальда Шпенглера «Закат Европы»,[1] не лишённая точных наблюдений и характеристик, но тенденциозно написанная, читалась и перечитывалась во всём образованном сообществе и только за 20-е годы выдержала более тридцати изданий. Торжество иррационализма казалось всеобщим. Пол Форман в статье «Веймарская культура, причинно-следственная связь и квантовая теория»[2] пишет: «Словно охваченные великим пробуждением, один физик за другим выступали перед широкой академической аудиторией, отрекаясь от сатанинской доктрины причинности и провозглашая радостную весть о том, что физики вот-вот освободят мир от ее рабства».[3] Неудача причинных объяснений в квантовой теории, сам факт обнаруженного квантово-волнового дуализма и переход к вероятностному описанию воспринималось как ещё один знак верности такой позиции. Иррациональность стихии должна была быть противопоставлена логике причинных связей, а статистическое и вероятностное описания представлялись единственно возможным научным подходом. Рихард фон Мизес в предисловии изданию своих лекций писал: «Каждый электрический, каждый тепловой, каждый оптический процесс является статистическим явлением и как таковой принципиально несовместим с концепцией причинно-следственной связи».[4] Так же этот уважаемый физик советовал сделать все возможное, чтобы попасть на волну будущего, заняться спекулятивным естествознанием, в частности теорией относительности и атомной физикой.[5] Причинность и закономерность воспринимались как нечто противоречащее природе, ниспровергались как нарушение естественной свободы. Судьба, а не бездушные причинные связи правят миром! Молодой Эрвин Шредингер в 1922 году провозгласил освобождение от предрассудка абсолютной причинности, выражая свои мысли буквально в моральных (квазиморальных у Формана) выражениях, по существу проецируя их на социальные отношения.[6] Макс Борн весной 1928 года, бичуя причинность как детерминизм, утверждал, что «такая концепция природы является детерминистской и механистической. В ней нет места свободе любого рода, будь то воля или высшая сила».[7] Примечательно, что крайность тотального механического детерминизма прошлого периода с его простыми и «очевидными» взаимосвязями заменялась противоположной крайностью, в основе которой была тёмная стихия и «наслажденье битвой жизни».[8] Из известных учёных против этих тенденций активно выступили только Планк, Эйнштейн и Вин. По мнению Формана причиной таких метаморфоз среди учёных-натуралистов было давление общественного мнения, увлечённого романтизмом.[9] Я упомянул бы и эмоциональную вовлечённость большой части самих учёных.

Эйнштейн, Бор и реализм

Авторы копенгагенской интерпретации, Бор и Гейзенберг, так же провозгласили торжество иррациональности и отмену закона причинности. Гейзенберг весной 1927 года пишет: «Поскольку все эксперименты подчиняются законам квантовой механики, ... квантовая механика окончательно устанавливает тот факт, что закон причинности недействителен».[10] На пятом Сольвеевском конгрессе[11] Макс Борн и Гейзенберг в совместном выступлении убеждали аудиторию (прежде всего Эйнштейна, очевидно к нему были обращены эти пассажи): «Каждое движение вперед в нашем понимании формул обнаруживало, что последовательная интерпретация квантовомеханического формализма возможна только в предположении фундаментального индетерминизма». И далее: «Истинный смысл постоянной Планка h состоит в том, что она дает универсальный масштаб индетерминизма, внутренне присущего законам природы, поскольку он обусловлен дуализмом волна — частица».[12] Как говорилось выше, поводом для подобных утверждений стала невозможность прогнозирования поведения квантовых систем опирающимся на причинность классическим методом. Уже в модели атома Бора предполагалась спонтанность изменение электроном разрешённой орбиты: мы никогда не знаем, когда это произойдёт. Правда, мы не знаем и то, насколько случайно это происходит. Можно предположить, что существуют некие не наблюдаемые нами процессы, которые и приводят к излучению кванта энергии. Таким образом, возможны два варианта: процесс действительно не детерминирован и всё происходит спонтанно, или же существуют некие скрытые от наблюдателя процессы, которые и определяют поведение системы. В дальнейшем вопрос о скрытых параметрах окажется в центре спора, и будет считаться, что доказательство их существования обоснует причинность на фундаментальном уровне. А пока всё говорило о том, что никаких таких связей нет, и был повод утверждать, что их нет вообще в принципе. В сложившейся ситуации вопрос защиты причинности был для Эйнштейна принципиален. Для этого необходимо было показать неполноту теории, столь явно игнорирующей причинные связи. Полная теория должна была подтвердить причинность, а, главное, реализм.

Споры продолжились и после конгресса. Эйнштейн настойчиво предлагал новые мысленные эксперименты, а Бор старался их опровергнуть. В 1935 году Эйнштейн в соавторстве с Борисом Подольским и Натаном Розеном опубликовал статью под названием «Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?»[13] Цель нового мысленного эксперимента заключалась в попытке доказать возможность определения параметров взаимодействовавших частиц косвенно. Зная параметры одной частицы, можно без вмешательства измерения судить о параметрах другой. Таким образом неопределённость Гейзенберга будет обойдена, существование неучтённых теорией параметров, доказано, а неполнота теории – обоснована.

С первых же строк статьи полемика выводится за рамки фундаментальных философских вопросов: «Любое серьезное рассмотрение физической теории должно учитывать различие между объективной реальностью, которая не зависит от какой-либо теории, и физическими понятиями, которыми оперирует теория».[14] Сам факт упоминания объективной реальности в статье, не претендующей на разрешение философских вопросов, говорит о настоящей озабоченности авторов. Однако слова из статьи были адресованы не только и не столько Бору, сколько его сторонникам и тем, кто считал себя таковыми.[15] Скомпилировать же мнение самого Бора из его высказываний вследствие его вольного обращения с терминологией – задача не тривиальная. В результате такого непонимания Бора обвиняли в приверженностях к буквально противоположным и несовместимым концепциям от материализма до идеализма.[16] Чаще всего ему ставился в вину позитивизм и инструментализм. Говорили и то, что Бор привнёс в науку мистику. Однако для самого Бора главный вопрос спора был не в реализме: эта проблема беспокоила Эйнштейна, но не его.[17] Онтологические темы Бора попросту не интересовали, не их он имел их в виду, когда защищал свою теорию. Скорее он был просто небрежен с соответствующими понятиями.[18] Так, делая доклад на конференции в Комо, для обозначения отсутствия классической предсказуемости он употребил слово «иррациональность».[19] Это было первое представление принципа дополнительности, и для многих новая теория вошла в научный оборот под флагом иррациональности. Однако впоследствии Бор довольно легко принял корректировку академика В. А. Фока в отношении причинности, согласившись в необходимости различать «лапласов детерминизм» и закономерность., понимая её в широком смысле слова.[20] Плохую услугу оказало ему и окружение, большинство из которого разделяли модные иррационалистические веяния, а позитивизм близкого ему Гейзенберга был перенесён на убеждения самого Бора.[21] Тем не менее, реализм позиции Бора, пусть и с оговорками, отмечают многие исследователи.[22] Эндрю Уитакер делает вывод: «Бор, по крайней мере, исходил из реалистической позиции».[23] Вполне справедливо отмечается его склонность к прагматизму, однако без прагматизма проблемы, стоявшие перед квантовой механикой вряд ли возможно было бы разрешить. Ситуация требовала компромисса, а компромисс – дело прагматическое.

В статье «Философия Нильса Бора», написанной его ассистентом А. Петерсеном, Бору приписана фраза: «Квантового мира не существует. Существует только абстрактное квантово-физическое описание». И далее: «Неверно думать, что задача физики состоит в том, чтобы выяснить, какова природа. Физика касается того, что мы можем сказать о природе».[24] Эту фразу обычно приводят как парадоксальную и обычно вне контекста. Однако сослагательное наклонение, употреблённое в предваряющих словах, указывает на то, что это лишь интерпретация взглядов Бора, и сам он так не говорил.[25] Действительно, ничего подобного в известных текстах самого Бора не обнаруживается.[26] «Парадоксальный вариант», согласно которому Бор отрицает реальность на фундаментальном уровне, я думаю, вообще серьёзно рассматривать не стоит. По крайней мере, в статье Петерсена говорится не об отрицании реальности на квантовом уровне, а о несуществовании квантового мира. Отрицание реальности на квантовом уровне – вывод из несказанного. Однако это спорная цитата нам пригодится в дальнейшем.

 Мировоззрение Бора было не столь экстравагантно, как это зачастую представляется. В действительности его волновала точность описания полученного опыта, того «что нами сделано и что мы узнали». По его мнению, привычный язык, выработанный в рамках классической науки, не был в состоянии отразить открытые фундаментальные взаимосвязи и требовал расширения понятий. И когда он призывал заново научиться употреблять понятие «реальность», сомнительно, что он имел в виду онтологический смысл термина. Действительно, что можно назвать реальностью в эксперименте, когда разделение на субъект и объект (измеряемое и измеритель) в квантовой механике принципиально неопределимо, при этом измеряемое и измеритель представляют по существу одно явление. Где проводить границу опыта не ясно, а от этого зависят выводы из эксперимента.

Подводя итог, скажем, что несогласие Бора и Эйнштейна было не в том, как устроен этот мир, а в том, каким должно быть его описание. Как этого бы не хотелось «зрителям в зале», на общефилософские темы оппоненты не спорили и вопросов онтологии не касались. Каждый был озабочен своим кругом вопросов, но на обсуждение их выносить не стремился. Тем не менее, очевидно, что для физиков важна отправная точка их поисков, и поэтому вопрос о реальности вызывает напряжённые споры. Однако эти споры касаются не устройства мира в широком философском смысле, а только «устройства» физической теории.

Спор Бора и Эйнштейна не был спором глухих, как это было в случае спора Эйнштейна – Борна о детерминизме (глухим там был только Борн). Это действительно спор разных позиций, разного понимания целей науки. И обвинения в консерватизме одной из сторон (Бор такие обвинения получал тоже) не отражают саму драму. Драма была в разнице взглядов на то, где мы можем провести «границу Невежества», если говорить словами Шредингера,[27] взглядов на то, «что является наилучшим возможным знанием объекта». Правота Эйнштейна была в стремлении задавать сложные вопросы, ответы на которые ещё не были даны, но в дальнейшем привели к значительному прогрессу и позволили совершить важные открытия.

Скрытые переменные, локальность и реализм

В своём ответе ЭПР Бор утверждал, что измерение действует не только на измеряемую частицу, но и на всю совокупность устройств мысленного эксперимента со всеми этими подставками, основаниями и т. д. Таким образом, измеряя параметры одной частицы, мы воздействуем не только на её параметры, но и на всю систему, в том числе и на параметры другой частицы.[28] Расстояние между частицами вообще не берётся во внимание, а вся установка рассматривается как единая система, одно явление, на которое распространяются все условия теории. Эйнштейн такой аргумент принять не мог, так как локальность взаимодействия была основой его аргумента и постулировалась как безусловная. Реальность «жуткого действия на расстоянии», как выразился Эйнштейн, надо было ещё доказать. Бор Эйнштейну по существу не ответил, но на этот факт никто особенно внимания не обратил, однако просто стали считать, что победа опять осталась за Копенгагеном. На добрые два десятилетия оспаривать теорию квантовой механики означало навлечь на себя «гнев богов» и прослыть чудаком и маргиналом. Только в начале 50-х годов американский физик Дэвид Бом[29] осмелился поднять перчатку и вернуться к ЭПР-аргументу, внеся в него некоторые изменения.[30] Правда с локальностью опять всё было плохо: введённый им квантовый потенциал не зависит от расстояния между частицами, и, таким образом, гарантирует нелокальность их взаимодействия.

Однако именно локальность беспокоила Эйнштейна в мысленном эксперименте 1935 года.[31] Казалось бы, когда-то взаимодействующие частицы, разлетевшиеся на значительное расстояние, не могут сохранять влияние друг на друга, и корреляцию их поведения можно объяснить только скрытыми параметрами. Джон Белл удачно привёл реальный пример судьбы двух близнецов, разлучённых ещё в младенчестве.[32] Сходство их поведения, привычек и предпочтений объясняются генами, которые выступают в роли скрытых параметров. Подобным образом могут быть объяснены и корреляции в поведении взаимодействующих ранее частиц. Если исключить скрытые параметры, то останется только «жуткое взаимодействие на расстоянии». Это уже мистика, а бог Спинозы и Эйнштейна, как известно, такие вещей не допускает: подобная взаимосвязь ставит под сомнение принцип локальной причинности. С лёгкой руки Шредингера это явление получило название «квантовой запутанности» (Verschränkung): «Если существует "запутанность предсказаний", то, по-видимому, это может быть связано только с тем, что два тела когда-то в собственном смысле слова составляли систему, то есть взаимодействовали и оставляли следы друг на друге».[33]

Скрытые параметры являются следствием теории возмущений, от которой как от аргумента тихо отказался Бор в связи со статьёй ЭПР. И здесь уместно сделать уточнение, что согласно квантово-механической теории другой параметр не то, что неизвестен, он не существует. Принято считать, что до измерения система находится в состоянии суперпозиции, то есть одновременно во всех возможный состояниях, описанных волновой функцией. Измерение приводит к коллапсу волновой функции. То есть из всех возможных состояний остаётся только результат измерения.[34] Ситуация, конечно, довольно странная, если считать её реально существующей. Уже одно это должно было вызывать желание добраться до истины, что же стало с другими параметрами.

Следующим, кто продолжил линию защиты реализма, был Джон Стюарт Белл. Он нашёл критерий, согласно которому можно было сделать выбор между квантово-механической теорией и теориями локальных переменных. Нет необходимости пытаться изложить здесь технические подробности, просто скажем общими словами, что выполнение неравенств Белла должно было подтвердить существование скрытых переменных, невыполнение – доказать, что никаких скрытых переменных не существует и причина корреляции в нелокальном взаимодействии связанных частиц. Но результаты экспериментов, которые технически стали возможны к концу 60-х, не опровергли, а наоборот, подтвердили теорию квантовой механики. «Мы считаем, что эти результаты являются убедительным доказательством против теорий локальных скрытых переменных», – утверждали экспериментаторы Клаузер и Фридман.[35] С тех пор было проведено ещё несколько серий экспериментов по теореме Белла, а в 2022 году Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер получили Нобелевскую премию за их успешное проведение. Все они подтвердили невыполнение неравенств Белла и, соответственно, нелокальность. «Жуткое действие на расстоянии» существует!

О физике, которую мы не знаем

Безусловно, мы будем говорить не о физике, а о некоторых общих вещах, следующих из физических теорий и имеющих отношение к нашей теме. Мы просто попытаемся сделать выводы, из парадоксальных для обыденного восприятия фактов, которые считаются доказанными. Мы постулируем реализм в самом широком философском смысле[36] и как часть реальности неизвестный «объект X», который «не есть волна, не есть частица». Обратный порядок не мыслим, ибо принципы рассмотрения первичны, они не следуют из результатов экспериментов, а подтверждаются или не подтверждаются ими. Результаты, не подтверждающие принцип, не отрицают его, а говорят о более глубоких причинах, которые ещё только предстоит найти.[37] Это если быть последовательным реалистом.

Так же мы лишаем себя опоры знакомого нам из опыта макромира. Такое себе позволить можем, так как никаких экспериментов и расчётов производить не будем. Реальности может соответствовать один объект, а не набор зыбких призраков, сменяющих друг друга по нашей прихоти. В силу сказанного мы не можем считать объект частицей или волной, а так же волной и частицей, однако мы можем говорить, что объект являет нам признаки волны и частицы. По этим проявлениям мы узнаём его в макромире.

Неопределённость как аспект реальности

Конечно, такого не может быть, чтобы частица после измерения импульса лишилась своей локализации: была и не стала, оказалась  «нигде конкретно». Мы, наверное, её просто потеряли, параметры её стали нам неизвестны, скрыты за пределами эксперимента. С частицей, наверное, такое произойти не может, но перед нами объект, который только проявляет свойства частицы. В других обстоятельствах он проявляет свойства волны, а в реальности, по нашему убеждению, не является ни тем, ни другим. Нелокальность – это свойство волны, и тогда всё укладывается в логику поведения столь нелогичного объекта. Судя по всему, волновые и корпускулярные свойства нашего объекта – это всего лишь его проявления в макромире. Круги на воде. И проводя эксперименты, мы попросту получаем реакцию объекта на свои действия. А что там, «под водой»? Это похоже на правду: если мы получили один параметр, то другой попросту не существует, если осторожно – не имеет смысла. Ведь это только реакция объекта, реальные свойства которого нам не известны. Но если не существует второй параметр, существует ли тогда первый? Ведь он – не более чем реакция микромира на наши действия, его отклик, и без нашего вмешательства этого отклика бы не было.

Однако то, что эти реакции закономерны, говорит о том, что в микромире существуют закономерности. Тогда Бор, если он вообще говорил нечто-то подобное, прав: никакого квантово-механического мира нет. Есть микромир (то, что мы называем микромиром), его реакции на макроскопическое вмешательство, и наше описание этих реакций. Картина складывается, и это уже хороший результат: там, «под водой» своя жизнь, и мы не остаёмся в неведении о ней, любуясь «кругами на воде» и строя вполне правдоподобные и подтверждённые нашим посюсторонним опытом догадки. Δοκίμоς.

Получается, что в действительности тех параметров, о которых мы говорим, нет. Они существуют только как реакции на наши действия, имеют отношение к объекту, но его реальностью не являются. Реально существует объект, представляющий другой, неизвестный мир, построенный на неизвестных нам принципах. Но раз есть принципы, то возможно и их описание, однако в идеале способ описания должен соответствовать тому, а не нашему миру. Что мы знаем о нём? С макромиром мы объединены общностью природы, в которой сознательно участвуем. Благодаря факту, что мы макросущества, а так же накопленному опыту мы можем делать сравнения и выводы. Мы воспринимаем макромир как продолжение себя, но то, в какой форме мы причастны микромиру, не даёт нам никаких преимуществ: у нас нет той ариадновой нити первичных (обыденных) наблюдений, взяв которую мы могли бы разматывать этот клубок. Микромир в этом смысле для нас закрыт. А потому Бор, предлагая классическое описание для неклассических объектов, принципиально прав. Но вывод печален: единое описание оказывается невозможным.[38] По крайней мере, на сегодняшний день это так.

«Жуткое действие на расстоянии»

Куда большей загадкой, переворачивающей представления, является квантовая запутанность. Результаты экспериментов, проведённых по неравенствам Белла, поставили на выбор два парадоксальных ответа. Скажем словами самих экспериментаторов: «Из-за доказательств в пользу квантовой механики, полученных в результате экспериментов, основанных на теореме Белла, мы вынуждены либо отказаться от строгой версии критерия реальности ЭПР, что равносильно отказу от реалистичного взгляда на физический мир, или же принять какое-то действие на расстоянии».[39] Изначально постулировав реализм, мы свой выбор в пользу действия на расстоянии уже сделали. Но, принимая нелокальность, мы вынуждены по-другому взглянуть на окружающую нас реальность, точнее изменить свой взгляд на пространство, ведь нелокальность это независимость от положения в пространстве. Что такое пространство в отношении самой частицы? По крайней мере, эксперименты показали, что для «объекта X» протяжённости, пространства не существует. Для «объекта X» существуют только энергетические связи, в которых он участвует. В итоге дилемма выглядит так: принятие реализма исключает обыденное представление о пространстве, обыденное представление о пространстве исключает реализм.[40]

(Продолжение следует)