Манжит Кумар - Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

Их письма разминулись. Письмо Шредингера, в котором он обсуждал статью ЭПР, Эйнштейн получил через два дня после того, как отправил свое. Ответ был написан немедленно. “То, что я на самом деле хотел сказать, сформулировано недостаточно ясно, — объяснил Эйнштейн, — главное, если так можно выразиться, оказалось погребенным под эрудицией” 48. В статье ЭПР, текст которой писал Подольский, не было прозрачности и строгости изложения, характерной для написанных по-немецки работ Эйнштейна. Эйнштейн был раздосадован тем, что фундаментальная роль сепарабельности, то есть свойства, делающего невозможным зависимость состояния одного объекта от характера измерения, проведенного над другим объектом, в статье была описана невразумительно. Эйнштейну хотелось, чтобы принцип сепарабельности занимал в ней центральное место, а он попал на последнюю страницу, как некая запоздалая мысль. Он хотел подчеркнуть несочетаемость сепарабельности с полнотой квантовой механики. И то, и другое справедливым быть не может.

“Основная трудность в том, что физика представляет собой своего рода метафизику, — объяснял он Шредингеру. — Физика описывает реальность, которую мы познаем только с помощью физического описания” 49. Физика есть ни больше ни меньше как “описание реальности”, но это описание, указывал Эйнштейн, “может быть ‘полным’ либо ‘неполным’”. Эйнштейн предложил Шредингеру представить себе два ящика, в один из которых положили мяч. Открывая крышку и заглядывая внутрь, мы “производим наблюдение”. До того, как мы заглянули в первый ящик, вероятность того, что мяч в нем, равна 50/50. После того, как ящик открыт, эта вероятность равна единице (мяч в ящике) либо нулю (мяча в ящике нет). Но, говорит Эйнштейн, в действительности мяч всегда был в одном из двух ящиков. Поэтому, спрашивает он, утверждение: “С вероятностью 50/50 мяч находится в первом ящике” — это полное описание реальности? Если нет, то полное описание звучит так: “Мяч в (или не в) первом ящике”. До того, как ящик открыт, полное описание соответствует утверждению: “Мяча нет в одном из двух ящиков”. Существование мяча в определенном ящике возникает только тогда, когда один из ящиков открыт. “Так проявляется статистический характер мира, данного нам в ощущениях, или эмпирической системы законов, им управляющих”, — написал в заключение Эйнштейн. Итак, он поставил вопрос: описывается ли полностью состояние до открытия ящика вероятностью 50/50?

Чтобы найти ответ, Эйнштейн привлекает принцип сепарабельности: второй ящик и его содержимое полностью не зависят от происходящего с первым ящиком. Поэтому, с его точки зрения, ответом будет “нет”. Чтобы описание реальности было полным, недостаточно установить, что с вероятностью 50/50 мяч находится в первом ящике. Именно согласие Бора на нарушение принципа сепарабельности приводит к “похожему на привидение взаимодействию на расстоянии” в мысленном эксперименте ЭПР.

Вслед за рассуждением о мяче Эйнштейн, чтобы продемонстрировать Шредингеру неполноту квантовой механики, 8 августа 1935 года предложил новый план действий. Он попросил Шредингера рассмотреть бочонок с сыпучим порохом, который когда-нибудь в будущем году спонтанно воспламенится. Сначала волновая функция описывает строго определенное состояние — бочонок с невзорвавшимся порохом. Но через год волновая функция “описывает некую смесь еще не и уже взорвавшихся систем” 50. “Никакая самая искусная интерпретация не позволит с помощью этой волновой функции описать реальное положение дел, — доказывал Эйнштейн Шредингеру, — поскольку в действительности нет переходного состояния между взорвавшимся и не взорвавшимся порохом” 51. Бочонок либо взорвался, либо нет. Этот, писал Эйнштейн, “грубый макроскопический пример”, выявляет те же “трудности”, с которыми сталкиваешься в мысленном эксперименте ЭПР.

Бурная переписка с Эйнштейном летом 1935 года заставила Шредингера еще раз глубоко задуматься о том, что представляет собой копенгагенская интерпретация. Результатом их диалога явился состоящий из трех частей текст, опубликованный между 29 ноября и 13 декабря. Шредингер говорил, что не мог придумать для него названия: то ли “Современная ситуация в квантовой механике”, то ли “Доклад”, то ли “Общая исповедь”. Так или иначе, там имеется абзац о некоем коте, которому была суждена долгая жизнь.

"Поместим кота в небольшую стальную камеру. Туда же поставим адскую машину (надо принять меры предосторожности, чтобы кот напрямую с ней не взаимодействовал): поместим в счетчик Гейгера крошечный кусочек радиоактивного вещества. Он настолько мал, что за час может произойти распад одного атома, но с равной вероятностью это может и не произойти. Если распад происходит, трубка счетчика Гейгера разряжается и с помощью реле приводит в действие молоток, разбивающий ампулу с цианистоводородной кислотой. Если систему не трогать в течение часа, а затем камеру открыть, сказать, что кот все еще жив, можно будет, если за это время ни один атом не распался. Первый же распавшийся атом приведет к тому, что кот будет отравлен. Волновая функция всей системы может все это учесть, если живой и мертвый кот (простите за выражение) смешаны или размазаны по ней в равных частях" 52.

Согласно Шредингеру и здравому смыслу, кот мертв либо жив в зависимости от того, произошел ли радиоактивный распад. Но, согласно Бору и его последователям, субатомное королевство напоминает мир Алисы в Стране чудес: только акт измерения может решить, имел место распад или нет, и только это измерение определяет, мертв кот или жив. До того, как измерение произойдет, кот перенаправлен в квантовое чистилище, где он и пребывает в суперпозиции состояний.

Хотя Эйнштейн и ворчал на Шредингера за то, что для публикации тот выбрал немецкий журнал, а все оставшиеся в Германии ученые готовы сотрудничать с нацистским режимом, он был очень рад. Кот показывает, сказал он Шредингеру, что “мы полностью согласны друг с другом относительно состояния теории в настоящий момент”. Волновую функцию, в которую входит живой и мертвый кот, “нельзя считать описывающей реальное состояние” 53. Много позже, в 1950 году, Эйнштейн неосторожно “взорвал” кота, забыв, кто предложил использовать бочонок с порохом. В письме к Шредингеру, говоря о “современных физиках”, он не смог скрыть смятения по поводу их уверенности в том, что “квантовая теория предоставляет описание реальности, и даже полное ее описание” 54. Несостоятельность такой интерпретации, писал Эйнштейн, “очень элегантно демонстрирует Ваша система, состоящая из радиоактивного атома + счетчик Гейгера + усилитель + заряд пороха + кот в ящике. Ее волновая функция одновременно содержит и живого кота, и разорванного на кусочки” 55.