2. Философские проблемы квантовой физики

Дискуссии философско-мировоззренческого характера в связи с развитием квантовых представлений начались по сути с самого начала ХХ века. Многие физики старшего поколения надеялись на возврат к классическим взглядам на мироустройство. Показательными в этом отношении являются размышления выдающегося ученого А.Пуанкаре: “Станет ли над миром царить прерывность и окончательна ли ее победа? Или же узнают, что эта прерывность только кажущаяся и скрывает ряд непрерывных процессов” (Пуанкаре А. Последние мысли. Пг., 1923. С.101).

Важным этапом стала выдвинутая в 1924 г. идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме частиц и квантов света, утверждавшая по сути об их принципиальном единстве. Настаивая на универсальном характере дуализма частиц и квантов, де Бройль настаивал на возможности “ускорить необходимый синтез, объединяющий физику излучений, так странно разделенную в настоящее время на две области, где царят две противоположные тенденции: корпускулярная и волновая” (Бройль Л.де. Исследования по теории квантов // Вариационные принципы механики. М., 1959. С.667).

2.1. Квантовая механика и ее гносеологические вопросы.

Появление в 1925-1926 гг. квантовой механики революционно изменило физическое знание в его соотнесенности с тем, что есть в действительности в микромире. Фундаментальные результаты, полученные В.Гейзенбергом и Э.Шредингером, а затем их дополнение, развитие и осмысление Н.Бором, М.Борном, П.Йорданом, П.Дираком , В.Паули и др., привели к становлению принципиально неклассических представлений о реальности, пересмотру категорий причинности, закономерности, необходимости и случайности. В итоге это сказалось на изменении структуры субъект-объектных отношений, идеала научного познания и ряда онтологических категорий. Создание квантовой механики и попытки осознания ее основ привели к качественно новым гносеологическим и методологическим выводам, что затрагивало и проблему сознания, и проблему физической реальности, истинности, интерпретации и понимания теории и многое другое. В квантовой механике принципиальными являются проблемы понимания волновой функции, принципа неопределенности, редукции волнового пакета, вопрос о полноте квантовомеханического описания. Здесь сразу же следует отметить существенно критическую позицию по отношению к смыслам квантово-механического описания микрообъектов, которую заняли А.Эйнштейн, Л. де Бройль и некоторые другие физики. Главным был вопрос об интерпретации квантовой механики, ее основного понятия – волновой функции (пси-функции), проблемы полноты описания реальности. Сейчас ограничимся лишь одним высказыванием А.Эйнштейна, имея в виду более подробный анализ его позиции в следующем параграфе. А.Эйнштейн писал: “Принципиально неудовлетворительным в этой теории, на мой взгляд, является ее отношение к тому, что я считаю высшей целью всей физики: полному описанию реального состояния произвольной системы (существующего, по предположению, независимо от акта наблюдения или существования наблюдателя” (Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. Т.4. С.296). В отличие от А.Эйнштейна Н.Бор дает принципиально противоположную оценку сути квантовой механики: “По моему мнению, если мы имеем логически непротиворечивый математический аппарат физической теории, то единственный способ доказать его несостоятельность заключается в том, чтобы показать, что его следствия расходятся с опытом или что его предсказания не исчерпывают того, что может наблюдаться на опыте. Аргументация же Эйнштейна не приводит ни к тому, ни к другому” ( Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике // Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. М., 1961. С. 81).

В квантовой механике существуют, по крайней мере, два фундаментальных типа процессов: эволюция состояний квантово-механической системы в соответствии с уравнением Шредингера и процесс редукции волнового пакета, происходящий скачкообразно при измерении. Если объяснения различными авторами первого типа квантово-механических процессов характеризуются принципиальным единством, то второй тип порождает множество точек зрения в зависимости от общей схемы интерпретации квантовой механики. Квантовая механика действительно имеет целый спектр разнообразных интерпретаций. Бузусловно, наиболее признанной и распространенной является так называемая копенгагенская интерпретация. Правда, как правило, и в ней насчитывают 3-4 существенно различающихся варианта. В конгломерате различных подходов в рамках копенгагенской интерпретации все же можно выделить два важнейших принципа: принцип дополнительности Бора и постулат редукции волнового пакета, наиболее последовательно сформулированный фон Нейманом.

Как известно, первоначально принцип дополнительности Бора возник как истолкование соотношений неопределенностей Гейзенберга. На основе последних Бор развил концепцию, согласно которой импульс и координата являются дополнительными характеристиками квантового объекта. В последующем стало возможным, используя боровскую терминологию, характеризовать процесс редукции волнового пакета в качестве дополнительного к процессу шредингеровской временной эволюции волновой функции, что в конечном счете является отражением дополнительности между классической и квантовой механиками.

При этом ряд исследователей (например, Л.Г.Антипенко, А.А.Гриб, Г.-Ю.Тредер и др.), следуя фон неймановскому духу квантовой теории измерений, истолковывают редукцию волнового пакета как вмешательство сознания, активно меняющего физические свойства микрообъектов. Так, Г.-Ю.Тредер утверждает, что редукция как квантовое проявление “действия на расcтоянии” ( action-at-a-distance ) есть корреляции, основанные на “априорной информации” и “субъективном знании физика”. Размышления Л.Г.Антипенко о природе акта измерения в квантовой механике привели его к выводу о том, что “в результате от всего парадокса Эйнштейна – Подольского – Розена (см. об этом парадоксе ниже – ред.) остается только один “парадоксальный” момент – редукция волного пакета, совершаемая по принципу дальнодействия. Но здесь уже парадокс находит свое объяснение не в чисто физической ситуации, а в теории познания. Принцип дальнодействия, реализуемый в квантовой теории, оказывается необходим, ибо он диалектически дополняет принцип близкодействия, по которому строится волновое поле” (Антипенко Л.Г. Концепции дальнодействия и близкодействия в современной физике // Физическая наука и философия. М., 1973. С.162).

Однако все же большая часть физиков склоняется к тому, что решающим для процесса редукции является не само наличие сознания, а наличие принципиальной границы между квантовой (микрообъект) и классической (макроприбор) областями в физике. Такая точка зрения представляется более разумной, поскольку измерение в квантовой механике делает актуальной ту или иную потенциальную возможность. Стремление найти в квантовой области более полный объективный смысл привело В.А.Фока к разработке концепции “относительности к средствам измерения”, которую Б.Я.Пахомов вполне правомерно довел до концепции “относительности квантового явления к типу физического взаимодействия”.

Кратко остановимся на некоторых альтернативных копенгагенскому подходах к интерпретации квантовой механики.

Так называемые “неоклассические” интерпретации исходят из того, что квантовомеханическое описание действительности не является полным. При этом подразумевается необходимость создания более общей теории, которая обеспечила бы детерминизм классического типа. По отношению к такой теории квантовая механика была бы некоторым статистическим приближением. Наиболее известными “неоклассическими” теориями явились теории со скрытыми параметрами (переменными). В них предполагается, что волновая функция определяет состояние системы не полностью, а наряду с ней существуют некие скрытые параметры, точное знание которых могло бы дать возможность однозначного предсказания результатов измерения соответствующих физических величин.

Статистическая интерпретация квантовой механики основана на представлении о статистических квантовых ансамблях. При этом волновая функция квантовой системы описывает не индивидуальный объект, а ансамбль одинаковым образом приготовленных микрообъектов. В силу признания в квантовой механике фундаментального характера вероятностных предсказаний считается полным и квантовомеханическое описание реальности. Следует отметить и то обстоятельство, что в рамках статистической интерпретации нужно ввести постулат о том, что в процессе измерения макроприбор выделяет из статистического ансамбля некоторый подансамбль, соответствующий данному результату измерения. В известной мере этот постулат фактически занимает место постулата редукции в копенгагенской интерпретации. Разрешение же мысленного эксперимента, предложенного А. Эйнштейном, Б. Подольским и Н.Розеном (ЭПР парадокс), основано на толковании, согласно которому изменение состояния второй частицы “без вмешательства прибора” на самом деле обусловлено корреляцией состояний частиц 1 и 2 в исходном ансамбле; сама же корреляция обеспечивается законом сохранения импульса, имеющем место при взаимодействии частиц 1 и 2. По Д.И.Блохинцеву, сам ЭПР парадокс возникает в силу того, что не учитывается статистический характер квантовой механики (См.: Блохинцев Д.И. Принципиальные вопросы квантовой механики. М., 1987. С.123).

В основе так называемой многомировой интерпретации квантовой механики лежит предположение, что все микроскопические и макроскопические объекты (включая даже людей с их сознанием) подчиняются законам квантовой механики и описываются волновой функцией. При этом волновая функция выступает как реальный объект, который эволюционирует во времени в соответствии с уравнением Шредингера. Все физические процессы (в том числе процесс измерения) описываются этим уравнением. Многомировая интерпретация была предложена Х.Эвереттом в 1957 г. и в первые десять лет она по сути не была востребована. Отказавшись от постулата редукции волнового пакета, Эверетт разработал свою концепцию, во многом ориентируясь на “космологические” причины. В самом деле, копенгагенская интерпретация принципиально подразумевает существование классического наблюдателя, который может проводить измерение над квантовой системой; результатом такого измерения является редукция волнового пакета квантовой системы. Если же всю Вселенную рассматривать как квантовый объект, то уже нельзя апеллировать к некоторому классическому наблюдателю, находящемуся за ее пределами. Именно многомировая интерпретация квантовой механики, которая не нуждается в классическом наблюдателе и постулате редукции, представляется ныне наиболее адекватной при рассмотрении космологических проблем. Особую популярность многомировая интерпретация приобрела в 80-е годы в связи с развитием квантовой космологии. Та особенность, что физика микро- и макромира тесно связаны между собой, уже давно является общепризнанной. Однако осмысление того, что происходило на самой ранней стадии развития Вселенной, принципиально связано с квантованием всех полей, включая и гравитацию. Построение волновой фукции Вселенной приводит к кажущемуся парадоксальным выводу об одновременном существовании параллельных миров как самостоятельных “ветвей” эволюционирующей Вселенной. При этом “уничтожения” лишних ветвей не происходит, а все слагаемые при математическом разложении волновой функции равноправны. В каждом мире (ветви) наблюдатель видит вполне определенный результат измерения. Скажем, при рассмотрении ЭПР парадокса с позиций многомировой интерпретации волновая функция состоит из двух ветвей: получаются два параллельных мира, в каждом из которых результаты измерений, сделанные двумя наблюдателями, скоррелированы. Если первый наблюдатель обнаруживает, что спин первой частицы направлен вверх, то второй выявит, что спин второй частицы направлен вниз и наоборот. Подобная скоррелированность является результатом того, что в прошлом частицы 1и 2 взаимодействовали, их волновые функции “переплелись” и дали общий вектор состояния. При этом многомировая интерпретация лишает смысла разговоры о каких-либо сверхсветовых сигналах. В концепции Эверетта “специфическим образом учитывается целостность квантового явления и квантовомеханического измерительного процесса, но она превращается здесь в далее не анализируемое понятие” (Панченко А.И. Логико-гносеологические проблемы квантовой физики. М., 1981. С 41).