10 заповедей нестабильности

Введенная Гейзенбергом неопределенность имеет весьма необычный и произвольный характер, так что ее учет может показаться даже «занудством» для всех тех, кому хотелось бы верить в существование физического мира, управляемого строгими и незыблемыми законами, когда при достаточном умении и наличии соответствующей аппаратуры можно осуществлять любые необходимые измерения. В 1927 г. Гейзенберг показал, что обнаруженный им принцип в несколько необычном смысле позволяет прояснить описанную выше запутанную ситуацию с определением координат электрона. Действительно, в соответствии с принципом неопределенности, мы не можем точно определить траекторию электрона, но вполне можем получить вероятность значений его координат в виде некоторой волновой функции. Иными словами, с математической точки зрения, в микромире электрон может быть эквивалентно описан и как волна, и как частица, т. е. проблема связана не с отсутствием достаточно точных методов детектирования микрочастицы, а с принципиальной неопределенностью того, что мы привыкли называть и считать «реальностью».

Из сказанного следует, что электрон имеет дуальную природу, поскольку может выступать в качестве волны, частицы или даже комбинации этих представлений. Почему? Да просто потому, что он способен вести себя по-разному! Вот уже несколько десятков лет физикам приходится удовлетворяться этим ответом, хотя очень многим из них он представляется неубедительным и неточным (Эйнштейн, например, относился к этому ответу с почти нескрываемой неприязнью!). Читателю можно лишь напомнить, что теория относительности действительно весьма сложна и трудна для понимания, но обладает внутренней логикой, собственными строгими законами и позволяет предсказывать результаты экспериментальных наблюдений. Физиков особенно раздражало и сбивало с толку, что в построениях Гейзенберга поведение электрона становилось непредсказуемым.

Некоторое понимание ситуации возникло лишь после появления еще одной гипотезы Бора, согласно которой электрон проявляет волновые или корпускулярные свойства в зависимости от того, какой тип детектора и принцип регистрации (волновой или корпускулярный соответственно) использует экспериментатор для определения параметров движения. Для изучения квантовых частиц можно и нужно применять оба типа детекторов, но при интерпретации полученных данных следует всегда учитывать дуальную природу изучаемых объектов. Гипотеза Бора, получившая название принципа дополнительности, не снимала основного противоречия теории, заключающегося в том, что при измерении параметров атомной системы мы изменяем значения этих параметров, т. е. получаем не точные значения, а лишь некоторые наборы вероятностей или потенциальных возможностей параметров.

В этой связи нельзя не вспомнить одну из самых знаменитых дискуссий в истории науки вообще между Бором и Эйнштейном о принципиальной неопределенности поведения квантовых систем. Многим кажется, что ученые слишком увлекаются своей работой и порой забывают или недостаточно глубоко размышляют о человеческой душе и религиозных проблемах, но приводимый ниже отрывок из переписки двух великих физиков доказывает обратное.

Эйнштейн – Бору Квантовая механика заслуживает самого глубокого уважения, но внутренний голос говорит мне, что она не является окончательным откровением. Эта теория содержит очень многое, но, похоже, мы не приближаемся к главному ответу. В любом случае, я не верю, что Бог играет в кости!

Бор – Эйнштейну: Не наше дело указывать Богу, как управлять миром!

Конечно, учет религиозных соображений и мотивов может лишь усложнить поиск научной истины (о чем и свидетельствует история Галилея, с которой начинается наша книга), однако процитированный диалог показывает, что ученые, подобно всем остальным людям, страстно жаждут найти смысл в кажущейся хаотичной сумятице повседневной жизни. Это обстоятельство во многом определяет непреходящий интерес к квантово-механическим парадоксам, поскольку никого не может оставить равнодушным следующая проблема: если миром управляют случайности, то совершенно непонятно, что скрывается за столь важными для нас понятиями, как смысл, значение, цель и т. д. Еще более показательна в этом смысле следующая фраза Эйнштейна: «Наука без религии – неполноценна, религия без науки – слепа». Разумеется, это не означает, что мы должны обратиться в религиозных ортодоксов и уподобиться известному теологу Карлу Эверетту, который считает, что динозавры никогда не существовали, поскольку о них не упоминает Библия.