Уолтер Айзексон - Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Эйнштейн говорил: “Есть одна гипотеза, которой, по моему мнению, необходимо придерживаться неукоснительно: реальное фактическое состояние системы S2 не зависит от того, что происходит с пространственно отделенной от нее системой S1” 3. Интуитивно это утверждение представлялось настолько правильным, что казалось очевидным. Но, как заметил Эйнштейн, это “гипотеза”, которая никогда не была доказана.

Для Эйнштейна взаимосвязанные реализм и локальность были основами физики. Своему другу Максу Борну он сформулировал это в одной из своих чеканных, незабываемых фраз: “Физика должна изображать реальность в пространстве и во времени и быть свободной от призрачного действия на расстоянии” 4.

Поселившись в Принстоне, Эйнштейн начал совершенствовать мысленный эксперимент, о котором он говорил. Вальтер Майер, его закадычный друг, оказался не столь лоялен по отношению к Эйнштейну, как тот к нему, и отошел от переднего края борьбы с квантовой механикой. Поэтому Эйнштейн привлек на свою сторону нового сотрудника Института, двадцатишестилетнего Натана Розена, и Бориса Подольского – сорокадевятилетнего физика, перешедшего в Институт из Калтеха, где Эйнштейн с ним и познакомился.

Результатом такого сотрудничества стала четырехстраничная статья, опубликованная в мае 1935 года. Эту работу, самую важную из написанных Эйнштейном после переезда в Америку, по первым буквам фамилий авторов называют “статья ЭПР”. “Можно ли считать, что квантово-механическое описание реальности является полным?” – спрашивают авторы в заголовке статьи [89].

Розен выполнил основные математические расчеты, а Подольский написал английскую версию текста для публикации. Хотя содержание статьи подробно обсуждалось, Эйнштейн остался недоволен тем, что основной концептуальный вопрос оказался погребен Розеном под большим числом математических формул. “Получилось не так хорошо, как мне хотелось, – пожаловался Эйнштейн Шредингеру сразу после публикации статьи. – Точнее, самое важное, оказалось, так сказать, сокрыто математической моделью” 5.

Кроме того, Эйнштейн был раздражен тем, что Подольский допустил утечку информации и содержание статьи стало известно The New York Times еще до публикации. Заголовок статьи в газете извещал: “Эйнштейн атакует квантовую теорию: ученый и двое его коллег обнаружили, что она не “полна”, хотя и “правильна””. Конечно, иногда Эйнштейн и сам поддавался искушению дать интервью о еще не опубликованной работе, но теперь он заявил, что подобная практика его ужасает. “Мое незыблемое правило – обсуждать научные вопросы только в соответствующей аудитории, – написал он в заявлении, сделанном для Times , – и я резко против любых подобных предварительных публикаций в обычных газетах” 6.

Эйнштейн и его соавторы начали статью с формулировки допущения, основанного на философии реализма: “Если мы можем без какого бы то ни было возмущения системы предсказать с достоверностью (то есть с вероятностью, равной единице) значение некоторой физической величины, то существует элемент физической реальности, соответствующий этой физической величине” 7. Другими словами, если в результате какого-то действия мы можем с абсолютной достоверностью выяснить координату частицы и наше действие, наблюдение никак не возмутило эту частицу, мы можем говорить, что координата частицы реальна, то есть она реально существует и никак не зависит от наблюдения.

Дальше в статье подробно излагается мысленный эксперимент Эйнштейна, в котором две частицы сталкиваются (или разлетаются в разных направлениях осколки распавшегося атома), и, таким образом, свойства этих частиц увязаны друг с другом. Можно провести измерения первой частицы, утверждают авторы, и отсюда получить сведения о второй частице “без какого бы то ни было возмущения” ее. Измеряя координату первой частицы, можно узнать точно координату второй частицы. Так же можно поступить и при определении импульса. “Согласно нашему критерию реальности в первом случае мы должны считать элементом реальности величину P [импульс], а во втором случае элементом реальности будет величина Q [координата]”.

Проще говоря, в любой момент времени вторая частица, измерение свойств которой не производилось, имеет одновременно реальную координату и реальный импульс. В совокупности эти два свойства представляют собой характеристики реальности, которые квантовая механика объяснить не может. Следовательно, ответ на вопрос, вынесенный в заглавие, должен быть “нет”: квантовомеханическое описание реальности не является полным 8.

Этому можно противопоставить только утверждение, заявляют авторы, что процесс измерения свойств первой частицы влияет на реальность координаты и импульса второй частицы. “Никакое разумное определение реальности не должно, казалось бы, допускать этого”, – заключают они.

Вольфганг Паули написал длинное раздраженное письмо Гейзенбергу. “Эйнштейн опять высказался публично о квантовой механике (вместе с Подольским и Розеном – не слишком хорошая компания, кстати сказать), – кипятился он. – Хорошо известно, что всякий раз, когда такое происходит, – это катастрофа” 9.

Статью ЭПР прочитал в Копенгагене Нильс Бор и понял, что ему еще раз придется сыграть роль защитника квантовой механики от еще одной атаки Эйнштейна. На Сольвеевском конгрессе с такой ролью он справился очень хорошо. “Это нападение было для нас как гром среди ясного неба, – описывает происходившее один из коллег Бора. – Его воздействие на Бора было поразительным”. Раньше в подобной ситуации он обычно ходил из угла в угол и бормотал: “Эйнштейн… Эйнштейн… Эйнштейн!” Теперь к этому еще добавился бессвязный стишок: “Подольский, Оподольский, Иоподольский, Сиоподольский.” 10

“Все остальное было отставлено в сторону, – вспоминает сотрудник Бора. – Мы должны были незамедлительно разобраться с этим недоразумением”. Даже при таком натиске на написание статьи Бору понадобилось шесть недель. Он мучался, сочиняя текст, пересматривал и диктовал его, разговаривал вслух сам с собой и наконец отослал в печать свой ответ ЭПР.

Ответ был длиннее, чем сама статья. Бор в какой-то степени отказался от одного из подходов к принципу неопределенности. А именно, он уже не утверждал, что причина неопределенности в механическом возмущении, обусловленном актом измерения. Бор соглашается, что в мысленном эксперименте Эйнштейна “нет речи о том, чтобы в течение последнего критического этапа измерения изучаемая система подвергалась какому-либо механическому воздействию” 11.

Это была важная уступка. До сих пор возмущение, вызванное измерением, было частью представленного Бором объяснения квантовой неопределенности. На Сольвеевском конгрессе Бору удалось опровергнуть хитроумный мысленный эксперимент Эйнштейна, показав, что невозможно одновременно знать, скажем, координату и импульс частицы, по крайней мере из-за того, что определение одного из этих свойств приводит к возмущению, не позволяющему измерить точно другое свойство.