Летом 1982 г. в Парижском университете был совершён исторический опыт. Французский физик Ален Аспек и его сотрудники решили проверить, не удастся ли им “перехитрить” квант. На карту были поставлены не только самая плодотворная научная теория, но и сама база того, что мы вычисляем физической действительностью.
Как и многие решающие опыты в физике, парижский опыт восходил к парадоксу, что озадачивал и интриговал философов и физиков в течении практически половины века. Речь заходит об одной из принципиальных изюминок квантовой физики — о неопределенности. Известный принцип неопределенности Гейзенберга вынуждает вносить значительные поправки в несложную, выстроенную на интуиции картину мира атомов, в соответствии с которой частицы под действием сил движутся по в полной мере определенным траекториям. В конечном итоге частица, к примеру электрон, движется сложным, практически непредсказуемым образом, и проследить за ее перемещением в подробностях либо хотя бы дать его описание нереально.
До появления квантовой теории физическую Вселенную разглядывали как громадный часовой механизм, движение которого до небольших подробностей неукоснительно следовал безукоризненной логике следствия и причины, воплощенной в законах механики Ньютона, Очевидно, законы Ньютона и поныне честны для описания большинства явлений в окружающем нас мире. Они направляют пулю к цели и заставляют планеты двигаться совершенно верно по орбитам. Но, как мы сейчас уже знаем, в масштабах атома очень многое обстоит совсем в противном случае. На смену привычному упорядоченному перемещению макроскопических тел приходит хаос и беспорядок. Привычные жёсткие тела в действительности оказываются призрачной мозаикой, образованной всплесками энергии. Квантовая неопределенность убеждает нас, что нереально неизменно все знать о частице. В случае если, фигурально говоря, вы постараетесь “пришпилить” частицу к определенному месту, она ускользнет от вас.
Эта неуловимость квантовых частиц доставила много хлопот физикам при построении квантовой теории. В 20-х годах этого века новая квантовая механика смотрелась лабиринтом парадоксов. Не смотря на то, что Вернер Эрвин и Гейзенберг Шрёдингер главенствовали строителями квантовой теории, ее интерпретацию внесли предложение Макс Борн и особенно Нильс Бор. Датский физик Бор первым понял во всей полноте, что квантовая теория в той же мере применима к веществу, как и к излучению, и в последующие годы стал ведущим лидером и авторитетом среди физиков в области концептуальных баз квантовой механики. Университет Бора в Копенгагене был центром изучений по квантовой физике в течении более чем десятилетия. в один раз Бор увидел своим сотрудникам: “В случае если у человека при первом знакомстве с квантовой механикой голова не идет кругом, то он не осознаёт в ней ничего”. В собственной книге “философия и Физика” Гейзенберг вспоминает о первых мучительных сомнениях по поводу смысла новой квантовой механики:
Я вспоминаю дискуссии с Бором, продолжавшиеся за полночь, каковые приводили меня практически в отчаяние. И в то время, когда я по окончании таких дискуссий отправлялся на прогулку в соседний парк, передо мной опять и опять появлялся вопрос: вправду ли природа возможно столь абсурдной, какой она предстает перед нами в этих ядерных опытах?
Самым большим оппонентом квантовой механики был Эйнштейн. Не смотря на то, что ему самому довелось приложить руку к формулировке квантовой теории, он ни при каких обстоятельствах полностью не разделял ее идей, считая квантовую теорию или ошибочной, или в лучшем случае “подлинной наполовину”. Известно его изречение: “Всевышний не играется в кости”. Эйнштейн был уверен, что за квантовым миром с его непредсказуемостью, беспорядком и неопределённостью прячется привычный хороший мир конкретной действительности, где объекты владеют четко определенными особенностями, такими, как скорость и положение, и детерминировано движутся в соответствии с причинно-следственными закономерностями. “Сумасшествие” ядерного мира по утверждению Эйнштейна, не есть основным свойством. Это всего лишь фасад, за которым “сумасшествие” уступает место безраздельному господству разума.
Эйнштейн пробовал отыскать это основное свойство в нескончаемых дискуссиях с Бором — самый ярким выразителем взоров той группы физиков, каковые вычисляли квантовую неопределенность неотъемлемой чертой природы, не сводимой к чему-либо второму. Эйнштейн с завидным упорством продолжал собственные атаки на квантовую неопределенность, пробуя придумать гипотетические (“мысленные”, как принято сказать) опыты, каковые нашли бы логический недостаток в официальной версии квантовой теории. Бор любой раз отражал нападки Эйнштейна, опровергая его доводы.
Особенно памятен один эпизод на конференции, на которой собрались многие ведущие физики Европы в надежде услышать о последних достижениях новой тогда квантовой теории. Эйнштейн направил собственную критику против варианта принципа неопределенности, устанавливающего, с какой точностью возможно выяснить момент и энергию частицы времени, в то время, когда частица ей владеет. Эйнштейн внес предложение очень остроумную схему, разрешающую обойти неопределенность энергии—времени. Его мысль сводилась к правильному намерению энергии посредством взвешивания: известная формула Эйнштейна E=mc2 сопоставляет энергию E и массу т, а массу возможно измерить взвешиванием.
В этом случае Бор был обеспокоен, и те, кто видел, как он провожал Эйнштейна в отель, увидели, что Бор был очень сильно взволнован. Но на следующий сутки Бор, совершивший бессонную ночь за детальным анализом рассуждений Эйнштейна, торжествуя, обратился к участникам конференции. Развивая собственные доводы против квантовомеханической неопределенности, Эйнштейн потерял из виду один серьёзный нюанс созданной им самим теории относительности. В соответствии с данной теории, гравитация замедляет течение времени. А потому, что при взвешивании без гравитации не обойтись, эффектом замедления времени пренебречь запрещено. Бор показал, что при надлежащем учете этого аффекта неопределенность восстанавливается на простом уровне.
Лабиринт. Часть 2. Выход за углом. Опыт
