Пол Хэлперн - Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания

Эйнштейн категорически возражал против БКС-теории именно из-за ее случайности. По этому вопросу он и Шрёдингер были по разные стороны баррикад. Но это было в 1924 году, еще до того, как Шрёдингеру пришлось защищать свое собственное каузальное, непрерывное, детерминистическое уравнение. По воле случая к концу 1926 года взаимное неприятие идеи случайных квантовых скачков заставит их обоих объединиться в один антикопенгагенский лагерь. Этот альянс образовался, когда оба поняли, что находятся среди немногих ярых критиков борновской интерпретации волнового уравнения.

После возвращения из Копенгагена в Цюрих Шрёдингер продолжал отстаивать свое неприятие квантовых скачков. Он полагал, что атомная физика должна быть наглядной и логически последовательной наукой. Но Бор сохранял надежду, что Шрёдингер все-таки примет консенсусную точку зрения, просто потому что волновая механика в ее вероятностной формулировке прекрасно согласовывалась с матричной механикой. На тот момент квантовая теория еще только формировалась, так что различные интерпретации не мешали ее прогрессу. Гораздо большую проблему для целей Бора по достижению квантовой гармонии представляла более жесткая оппозиция Эйнштейна.

К концу 1926 года Эйнштейн провел четкую демаркационную линию между собой и квантовой теорией. Раздраженный отсутствием внимания к понятию непрерывности, которое он рассматривал как логически необходимую часть природы, он начал обращаться к религиозным образам, чтобы доказать свою правоту. Почему именно религия? Эйнштейн вырос в светской еврейской семье и, конечно, не был набожен. Тем не менее ему часто напоминали о его иудаизме: в негативном ключе — правые немецкие националисты, совершая антисемитские нападки на его работы, и в позитивном — движение за Еврейское государство в Палестине, которое он поддерживал.

Несмотря на философские разногласия, Эйнштейн и Борн оставались близкими друзьями. Они очень любили вести интеллектуальные дискуссии, вместе играли камерную музыку и состояли в постоянной переписке. Борн воспитывался в очень похожей светской еврейской семье. Учитывая их сходство, пожалуй, не стоит удивляться, что Эйнштейн обратился именно к Борну, пытаясь убедить его в том, что квантовой физике необходимы детерминистичные уравнения, а не вероятностные правила.

«Квантовая механика объясняет многое, и это достойно большого уважения, — писал Эйнштейн Борну, — но внутренний голос подсказывает мне, что это еще не правильный путь. Эта теория… вряд ли приближает нас к постижению Его замысла. Во всяком случае, я убежден, что старик не играет в кости» {66} 66 Albert Einstein to Max Born, December 4, 1926, in Albert Einstein-Max Born, Briefwechsel (Correspondence), ed. Max Born (Munich, 1969), 129, цит. по Alice Calaprice and Trevor Lipscombe, Albert Einstein: A Biography (Westport, CT: Greenwood Press, 2005), 92. .

Как мы видим, слово «старик» было одним из условных обозначений Эйнштейна, которыми он пользовался для отсылки к богу. Но не к библейскому Богу, а к богу Спинозы. Это был не последний раз, когда Эйнштейн прибегнет к этой метафоре. Оставшуюся часть своей жизни, объясняя, почему он не верит в квантовую неопределенность, он будет как мантру повторять снова и снова, что Бог не играет в кости.

Квазирелигиозный тон его заявления был обращением к разуму и здравому смыслу, а не призывом заменить науку верой. Он мог бы сказать: «Мое чувство естественного порядка говорит мне, что законы физики не являются случайными», но он решил добавить драматизма. И действительно, фраза «Бог не играет в кости» вызвала такой общественный резонанс, какой фраза «законы природы не являются вероятностными» породить была бы не способна.

Театральность заявления указывала на растущую уверенность в важности собственных высказываний. Эйнштейн уже начал привыкать к тому, что его слова подхватывала пресса. Наверное, поэтому, даже в частном письме, его призыв был столь драматизированным.

Очередной попыткой опровергнуть интерпретацию Борна стало выступление Эйнштейна в Прусской академии наук 5 мая 1927 года. Он поставил целью доказать, что волновое уравнение Шрёдингера подразумевает точное описание поведения частиц, а не просто бросание костей. Неделю спустя он триумфально писал Борну: «На прошлой неделе я представил в Академии краткий анонс своей статьи, в которой показал, что с помощью волновой механики Шрёдингера можно построить полностью детерминистичное описание движения, не прибегая к какой-либо статистической интерпретации. Подробности появятся в ближайшее время» {67} 67 Albert Einstein to MaxBom, May 1927, reprinted in A. Einstein, H. Bom, and M. Born, Albert Einstein, Hedwigund Max Bom, Briefwechsel: 1916–1955 / kommentiert von Max Born; Geleitwort von Bertrand Russell; Vorwort von Werner Heisenberg (Frankfurt am Main: Edition Erbrich, 1982), 136, цит. по Hubert Goenner, “On the History ofUnified Field Theories,” Living Reviews in Relativity, 2004, http: //relativity. livingreviews.org/Articles/lrr-2004–2/download/lrr-2004–2Color.pdf. . Эйнштейн направил свою статью в престижный научный журнал. Однако, возможно, из-за того, что он не был полностью уверен в результатах, Эйнштейн отозвал статью уже через несколько дней, и она никогда не была опубликована. Только первая страница его неудачного доказательства сохранилась для истории.

Несмотря на известность Эйнштейна, его аргументы оказали мало влияния на сторонников квантовой теории. Эксперимент за экспериментом доказывали, что квантовая механика является очень точной теорией, описывающей поведение атомов. Ее прогнозы подтверждались раз за разом с высокой степенью точности. Молодые исследователи, несведущие в философских вопросах (или, по крайней мере, равнодушные к ним), которыми руководствовались Эйнштейн и Шрёдингер, были свидетелями опытных подтверждений квантовой механики и поэтому рассматривали ее как единственно верный путь. Им не хотелось спорить с экспериментально успешной теорией.

Не убежденный аргументами Эйнштейна, Борн продолжал отстаивать свою вероятностную интерпретацию. Сама идея, что в природе все предопределено, вызывала у него отторжение. Зачем соглашаться с тем, что в мире нет ни выбора, ни случайности?

Тем временем Гейзенберг приступил к систематизации принципа неопределенности в процессе квантовых измерений в своей очень важной статье, которую он отправил Паули в феврале 1927 года и опубликовал в том же году под названием «О наглядном содержании квантово-теоретической кинематики и механики» {68} 68 В русском переводе статья вышла в журнале УФН. — 1977. — Т. 122, вып. 8. — С. 651–671. — Примеч. пер. . Название и тема статьи отражали горячее желание Гейзенберга противопоставить призыву Шрёдингера к наглядности квантовой теории собственные представления о том, что может наблюдаться в природе, а что нет.

Статья Гейзенберга примечательна, так как представляет собой введение к тому, что он назвал «принципом индетерминированности» («indeterminacy principle»), известным сегодня как принцип неопределенности, утверждающий невозможность одновременного измерения определенных пар наблюдаемых величин. Координата и импульс образуют одну такую пару, время и энергия — другую. Чем более точно вы измеряете одну величину в каждой паре, тем более неопределенной становится другая. Хотя математическое обоснование этой идеи было разработано ранее (известный факт, для матриц, представляющих сопряженные величины, имеет значение порядок операций с ними), только в статье Гейзенберга 1927 года впервые совершена попытка объяснения на физическом уровне того, что при этом происходит.