Свобода воли. Иллюзия или возможность

Тем не менее надеждам не суждено было воплотиться. И препятствием стали отнюдь не вычислительные мощности. Физику XX в. ждал концептуальный переворот – открытие квантового мира. Эксперименты, направленные на изучение поведения элементарных частиц, подорвали оптимизм в отношении однозначных предсказаний и показали, что прогнозирование событий гораздо более проблематично. Согласно доминирующей, копенгагенской интерпретации, эти проблемы оказались не эпистемологического, а онтологического характера. Ограничения измерений и предсказаний носят не условный, а абсолютный характер. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, установить одновременно и с абсолютной точностью позицию и импульс элементарной частицы принципиально невозможно. Следовательно, невозможно однозначно предсказать ее поведение, невозможно определить и траекторию ее движения.

Классическая иллюстрация индетерминизма в квантовых явлениях – эксперимент с двумя щелями. Источник света направляется на светочувствительный экран. Перед экраном установлен щит с двумя вертикальными щелями так, что свет может попадать на светочувствительный экран, только пройдя через эти щели. Кванты света, фотоны, должны проходить через щели и достигать экрана в виде дискретных точечных порций энергии. Для начала закроем одну щель и включим источник света. На экране мы увидим след в виде яркой полосы прямо напротив щели. Результат вполне объясним: часть излучаемых фотонов попадает в щит и не достигает экрана. Фотоны, проходящие через щель, оставляют на экране след в виде проекции щели. Теперь откроем вторую щель. Каков ожидаемый результат?

Можно предположить, что в результате бомбардировки экрана фотонами через щит с двумя щелями получатся проекции двух щелей, две яркие полосы на экране. Но при проверке выходит не так. На экране появляется так называемая интерференционная картина, то есть регулярное чередование областей повышенной и пониженной яркости. На экране остаются не две, а множество полос. Но удивительному факту тоже находится объяснение. Если представить, что через щели проходят не корпускулы, частицы материи, а волны, эффект ожидаемый. Ведь волны при наложении одна на другую в зависимости от фазы либо гасят, либо усиливают друг друга. Таким образом, там, где гребни волн совпадают, на экране возникает яркая полоса, а где гребень приходится на ложбину – засветки совсем нет. Такая интерпретация предполагает, что свет проходит одновременно через две щели (образуются как бы две волны). Эта интерпретация заставляет склоняться от корпускулярной природы света к волновой. Но в целом объяснение пока звучит вполне логично. Правда, эта интерпретация успешна только отчасти.

Еще немного усложним эксперимент. Начнем бомбардировать экран не потоком частиц, а поочередно, по одному фотону. В случае поочередной бомбардировки вроде бы нечему создавать интерференцию. То есть мы ожидаем две параллельные засвеченные линии. Но нас ждет еще более удивительный результат. Следы на экране действительно выглядят как результат воздействия частиц. Но и в этом случае в эксперименте получается интерференционная картина, то есть множество световых полос, сочетающихся с абсолютно незасвеченными зонами. А это как объяснить? Что, один излученный фотон покидает источник как частица, становится волной, проходит через две щели, интерферирует сам с собой и попадает в экран вновь как частица? Попробуем это экспериментально проверить. Рядом с одной из щелей установим детектор. Если фотон пройдет через щель, мы получим об этом данные. Итак, начинаем поочередную бомбардировку.

Детектор периодически срабатывает, регистрируя прохождение фотонов через щель. Но на экране вдруг вместо интерференционной картины получаются две полосы. Как будто волновое поведение света вдруг прекратилось под воздействием наблюдения. Фотон обнаружил вмешательство и изменил свое поведение? Но какое отношение к поведению фотона может иметь наблюдатель? Чем объяснить такое странное изменение? И что все-таки такое фотон: частица или волна? Все возможные интерпретации, способные объяснить эти явления, контринтуитивны. Но наиболее распространена такая: поведение фотона вне наблюдения может быть описано как распределение вероятностей событий. С течением времени эти вероятности эволюционируют. И только в момент регистрации наблюдателем одна из них актуализируется. В квантовой физике этот эффект называется редукцией волновой функции. Без наблюдения не только невозможно определить точное положение частицы в определенный момент. Этого положения вообще нет. Только наблюдение и измерение приводят к его фиксации. Возможно предсказать, какой рисунок получится в итоге на экране, но нельзя с определенностью сказать, где окажется каждая конкретная частица. И это не результат недостаточности знаний: так, видимо, устроен мир.