Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

Наглядность бомовских частиц – только кажущаяся, они не подобны обычным частицам, которые нам легко себе представить. Это становится видно, если внимательнее посмотреть на результаты измерений, которые над ними можно проводить. С первого взгляда в бомовской механике вроде бы царит скрытый от глаз, но все-таки реализм: у частиц есть и положение, и скорость. Однако в действительности только измерения положения выявляют, где электрон находился до измерения. Этот параметр «виден извне» (не инкапсулирован, выражаясь программистским языком). Но для всех других величин – энергии, спина и даже скорости – результат измерения не совпадает со значением, приписанным бомовской частице; эти значения остаются «внутренней бухгалтерией», тогда как результат измерения зависит от того, каким образом измерение совершается – какая используется процедура или/и прибор{57}. В ряде ситуаций для той или иной величины (например, энергии) может вообще не быть значения до измерения. Здесь нет никакого надувательства и ничего таинственного: то, каким образом результат зависит от способа измерения, всегда следует из заявленных правил механики де Бройля – Бома. Именно в силу этих правил зависимость от процедуры (как говорят, контекста) непременно имеется.

Необычность квантового мира никто не отменял, и «бомовский» электрон совсем не похож на «обычный шарик, только очень маленький». Один из уроков интерпретации де Бройля – Бома – в том, что на квантовом уровне «локальные существователи» не могут копировать то, как существуют и что делают объекты в привычном нам мире, даже если они «очень стараются» и представляют собой локализованные точечные частицы.

Есть и другие уроки. Для «объяснения» квантовой механики на уровне происходящего в физическом пространстве, а не среди абстракций, потребовалось постулировать что-то (частицы со всеми их свойствами) в дополнение к волновой функции. Это – пример скрытых переменных, или, по установившейся терминологии, «скрытых параметров»: величин, которые предположительно заведуют тем, как устроен мир в дополнение к тому, что описывает волновая функция сама по себе. Их возможное существование обсуждалось, как мы упоминали, уже в дебатах Эйнштейна и Бора в первые годы построения квантовой теории. Эйнштейн неизменно считал, что какие-то скрытые параметры в глубине мира найдутся (а пока они нам неизвестны, имеющаяся квантовая теория неполна), большинство с ним не соглашалось.

Как в эпоху зрелости квантовой механики, в 1950-е гг., участники прошлых дебатов отреагировали на наглядную демонстрацию того, что ее свойства можно объяснить через скрытые параметры?

14 Что можно скрыть

Еще в 1932 г., едва квантовая механика набрала обороты, проблему скрытых параметров затронул фон Нейман. Вопрос о возможном существовании скрытых параметров «где-то в самой глубине мира» маячил в повестке дня, потому что квантовая механика работает в некотором роде как не слишком дружелюбный оракул: дает предсказания (в отношении вероятностей, естественно) на основе волновой функции – абстрактной конструкции, живущей в математическом пространстве, – но не сообщает, каким образом предсказания сбудутся за счет чего-то, происходящего в обычном пространстве, где живем мы.

Никаких средств экспериментально обнаружить существование скрытых параметров или установить их отсутствие не предвиделось; поэтому фон Нейман взялся за этот вопрос теоретически.

Об интеллекте фон Неймана в неизменно превосходной степени отзывались люди, которые сами были далеко не рядового уровня; говорят о его IQ на уровне 200. Свидетельства трех нобелевских лауреатов: «Джонни способен делать вычисления в уме в десять раз быстрее меня. А я могу их выполнять в десять раз быстрее вас, так что сами судите, насколько Джонни крут» (Ферми); «Создавалось впечатление, что перед вами идеальный инструмент, все передаточные механизмы в котором подогнаны так, чтобы соответствовать один другому с точностью до тысячной доли дюйма» (Вигнер); «Я иногда задавался вопросом, не указывает ли такой ум, как у фон Неймана, на высший вид по сравнению с видом людей» (Бете). Скончавшийся в возрасте 53 лет фон Нейман внес существенный вклад в теорию множеств, теорию игр, теорию операторов, эргодическую теорию, геометрию и, само собой, квантовую механику, а кроме того, участвовал в Манхэттенском проекте и сыграл ключевую роль в создании первой цифровой вычислительной машины (ваш компьютер по-прежнему основан на «архитектуре фон Неймана»). При этом «вечеринки дома у фон Неймана устраивались часто, имели известность и продолжались долго» (Халмош){58}.