Крылья Феникса; Введение в квантовую мифофизику
Шрифт:
В рамках ньютоновско-картезианской парадигмы казалось бесспорным, что в принципе можно предсказать или объяснить любое явление, если знаешь достаточно детально все причинно-следственные связи в системе. В квантовой механике основной математический объект -- волновая функция -тоже подчиняется детерминистскому уравнению (уравнению Шредингера) и тем самым может быть в принципе найдена сколь угодно точно. Однако непосредственно она неизмерима и определяет лишь вероятности исхода различных физических экспериментов (статистическая интерпретация М. Борна). Важно подчеркнуть, что, в отличие от классической физики, никаких предсказаний для результатов индивидуального физического эксперимента в квантовой механике сделать нельзя. Например, квантовая механика может в принципе рассчитать, с какой вероятностью ядро радиоактивного изотопа распадется в определенный день с 10 утра до 5 вечера, и эти статистические предсказания при наличии достаточно большого
Внезапно они умирают; среди ночи народ возмутится, и они исчезают; и сильных изгоняют не силою... Он сокрушает сильных без исследования и поставляет других на их места.
(Иов 34:20,24)
В этом смысле фундаментальное для всей европейской науки понятие причинности радикально пересматривается. Скажем, данное конкретное ядро распалось ровно в 12 часов 37 минут 00 секунд; причину этого события, объясняющую, почему оно не произошло, скажем, на две минуты раньше или позже, указать нельзя -- оно вполне могло произойти раньше или позже, а вот произошло именно сейчас -- и бессмысленно спрашивать почему. Эту особенность квантовой механики в особенности подчеркивал В. Паули.
Для Паули свобода, характерная для индивидуальных событий, есть наиболее важный урок квантовой механики. Он часто ссылался на философию Шопенгауэра, базовыми элементами которой были воля (Wille) и представление (Vorstellung), т. е. (иррациональная) свобода выбора и (рациональная) идея.
(K. V. Laurikainen. The message of the atoms. Essays
on Wolfgang Pauli and unspeakable. Berlin, 1997)
Современному человеку, принадлежащему к европейской (в широком смысле слова) культуре и воспитанному в почтении к науке (часто без реальной потребности в понимании ее методов и результатов!), понятие причинности кажется самоочевидным. На простом понятии кармы как всеобщей механической связи явлений основана популярная эзотерическая традиция, восходящая к индуизму. В то же время многие канонические тексты (особенно буддийской традиции) подчеркивают невозможность говорить о причинах на самом глубоком уровне реальности. Логико-философское опровержение категории причинности дано в трактате Нагарджуны Двенадцать врат (см. главу 3). К этой проблеме рано или поздно подходит человек в процессе духовного роста.
Бхагаван: На что опираешься ты, Манджушри, когда осуществляешь праджняпарамиту [запредельную мудрость]?
Манджушри: Я совершенно не имею опоры в то время, когда осуществляю праджняпарамиту.
Бхагаван: Когда ты безопорен, Манджушри, то это и есть осуществление праджняпарамиты?
Манджушри: Когда не опираются ни на что, то это, о Бхагаван, и есть осуществление праджняпарамиты... Потому, что осуществление праджняпарамиты не имеет под собой опоры в виде любой дхармы, которую можно оставить или схватить.
(Сутра запредельной мудрости в 700 строк)
Подобное ощущение не чуждо и светской культуре, по крайней мере, в ее высших проявлениях. Как писал А. Пушкин, Случай -мощное оружие Провидения. Развивая эту мысль, А. Синявский в Прогулках с Пушкиным подчеркивает принципиальный индетерминизм мира великого поэта:
Идея рока... действующая с мановением молнии, лишена у него [Пушкина] строгости и чистоты религиозной доктрины. Случай -- вот пункт, ставящий эту идею в позицию безликой и зыбкой неопределенности, сохранившей тем не менее право вершить суд над нами. Случай на службе рока прячет его под покров спорадических совпадений, которые, хотя и случаются с подозрительной точностью, достаточно мелки и капризны, чтобы, не прибегая к метафизике, сойти за безответственное стечение обстоятельств... Случай и рубит судьбу под корень, и строит ей новый, научный базис. Случай -- уступка черной магии со стороны точной механики, открывшей в мельтешении атомов происхождение вещей и под носом у растерянной церкви исхитрившейся объяснить миропорядок беспорядком, из которого, как в цилиндре факира, внезапным столкновением шариков, образовалась цивилизация, не нуждавшаяся в творце... Бездомность, сиротство, потеря цели и назначения -- при всем том слепая случайность, возведенная в закон, устраивала Пушкина. В ней просвещенный век сохранил до поры нетронутым милый сердцу поэта привкус тайны и каверзы. В ней было нечто от игры в карты, которые Пушкин любил.
М. Мамардашвили в Психологической топологии пути (лекция 7) подробно объясняет, что для наиболее важных понятий (добро, понимание) причин нет и быть не может: отсутствие причин и называется Богом. В этом смысле квантовая физика, порвав с классическим (лапласовским) детерминизмом, кажется, действительно проникла в какие-то более глубоко лежащие
...Причин на свете нет,
есть только следствия. И люди жертвы следствий.
(И. Бродский)
Применения вероятностного языка в квантовой и классической физике отличаются еще и вот чем. В классическом случае всегда складываются вероятности независимых событий. В квантовом же случае складываются амплитуды -- комплексные числа, квадрат модуля которых и дает значения вероятности того или иного события. Именно это и приводит к появлению интерференционных, то есть волновых, явлений. При этом основным законом квантовой механики является сформулированный П. Дираком принцип суперпозиции: если система может находиться в двух различных состояниях, то она может находиться и в произвольной суперпозиции (говоря математически -линейной комбинации) этих состояний. Например, если электрон может находиться в состоянии с определенными значениями пространственных координат (то есть, попросту говоря, быть локализованным в какой-то точке), то возможно и такое его состояние, когда он (с разными вероятностями) обладает всеми этими значениями координат одновременно. Аналогичное утверждение справедливо и для скоростей: существует бесчисленное множество состояний, в которых электрон не имеет определенной величины и направления вектора скорости. Более того, оказывается, что не существует таких состояний, в которых электрон одновременно имел бы точные значения и координат, и скоростей (принцип неопределенности Гейзенберга).
Важно подчеркнуть, что в тех случаях, когда квантовая механика соглашается отвечать на тот или иной вопрос, ее ответы неизменно подтверждались всеми до сих пор выполненными экспериментами. Например, она способна вполне успешно рассчитывать характеристики различных спектральных линий в атомах, молекулах и твердых телах, расстояния между атомами в молекулах, и т. д., и до сих пор физики нигде не столкнулись с ее неадекватностью. Разумеется, в каждом конкретном расчете приходится делать какие-то дополнительные приближения, которые приходится контролировать отдельно, но в ряде случаев мы имеем точное решение задачи, например, для спектра атома водорода. При этом никаких расхождений между результатами экспериментов и предсказаниями квантовой механики обнаружить не удается. Более того, квантовая механика имеет множество успешных практических применений (транзисторы и лазеры -- два, пожалуй, наиболее очевидных и эффектных примера). В то же время на ряд вопросов, традиционно считавшихся вполне допустимыми (например, о значении координаты и скорости электрона в данный момент времени), она никакого ответа не дает. В такой ситуации не приходится говорить о неправильности квантовой механики, но кажется уместной постановка вопроса об ее неполноте, то есть неокончательном характере, и существовании более фундаментальной теории, способной дать ответы на вопросы, лежащие за пределами квантовой физики. Такую позицию, в частности, занимал первооткрыватель корпускулярно-волнового дуализма Эйнштейн. Известно его высказывание Бог не играет в кости, означающее отказ признать чисто статистическую теорию за истину в последней инстанции. Приведем более полную цитату (которая явно вызывает библейские и даже каббалистические ассоциации) и ряд связанных с ней:
Квантовая механика заслуживает всяческого уважения, но внутренний голос подсказывает мне, что это не настоящий Иаков. Теория дает много, но к таинствам Старого она не подводит нас ближе. Во всяком случае, я убежден, что Он не играет в кости.
(Из письма А. Эйнштейна М. Борну 4.12.1926)
Очевидно, никогда в прошлом не была развита теория, которая, подобно квантовой, дала бы ключ к интерпретации и расчету группы столь разнообразных явлений. Несмотря на это, я все-таки думаю, что в наших поисках единого фундамента физики эта теория может привести нас к ошибке: она дает, по-моему, неполное представление о реальности, хотя и является единственной, которую можно построить на основе фундаментальных понятий силы и материальных точек... Неполнота представления является результатом статистической природы (неполноты) законов.
(А. Эйнштейн. Собр. научн. трудов. Т. 4. М., 1967. С. 220)
Целью теории является определение вероятности результатов измерений в системе в заданный момент времени. С другой стороны, она не пытается дать математическое представление того, что действительно имеет место, или того, что происходит в пространстве и времени. В этом пункте современная квантовая теория радикально отличается от всех предшествующих физических теорий как механических, так и полевых. Вместо того, чтобы дать модель для изображения реальных пространственно-временных событий, она дает распределения вероятности для возможных измерений как функций времени... Некоторые физики, и в том числе и я сам, не могут поверить, что мы раз и навсегда должны отказаться от идеи прямого изображения физической реальности в пространстве и времени или что мы должны согласиться с мнением, будто явления в природе подобны азартным играм.