Битва Эйнштейна с квантовой механикой

Битва Эйнштейна с квантовой механикой

Я часто кажусь себе страусом, который прячет голову в песок, чтобы избежать приближающейся опасности.

Альберт Эйнштейн, 1954

Отношения Эйнштейна с квантовой механикой – идеальный пример битвы его собственных пристрастий с модными научными трендами. Квантовая теория являет собою чуть ли не главный парадокс его жизни: с одной стороны, Эйнштейн сыграл ключевую роль в истории ее зарождения, с другой же – потратил десятки лет на то, чтобы понаделать в ней как можно больше «дырок».

Его работа 1905 года, посвященная квантам света, вооружила Макса Планка и его сторонников доказательством, которое они искали для развития квантовой механики – раздела науки, пытающегося объяснить, как материя и энергия ведут себя на атомарном и субатомарном уровнях. Ключевой в теории квантов является идея о том, что материя может одновременно являться как частицами, так и волнами (т. н. корпускулярно-волновой дуализм). Ранее это считалось невозможным.

Исследования, приведшие к подобному открытию, поражали воображение, но результаты оказались еще грандиознее. В результате многолетних усилий армии ученых по всему миру, с 1920-х по 1930-е годы, было введено в употребление понятие квантового кода. Эйнштейн отнесся к этому с большой тревогой.

Сыграв решающую роль в описании квантового феномена, он понимал, что подобные разработки ведут к созданию принципиально новой науки. На конференции 1909 года в Зальцбурге он признал, что именно квантовая физика будет доминировать как «следующая фаза теоретической физики». Однако уже в 1911 году, выступая на знаменитом Сольвеевском конгрессе в Брюсселе – важнейшей вехе в истории развития квантовой теории, – начал отзываться о ней с определенным скептицизмом, даже несмотря на одобрительные отзывы многих его коллег. А еще через год заявил Генриху Зангеру: «Чем большим успехом квантовая теория пользуется, тем глупей она выглядит».

В то время как Эйнштейн стремился к устойчивым законам, которые объясняли бы реальное устройство вселенной, квантовая теория, похоже, намеревалась без таковых обойтись – ведь, как мы помним, одним из ее основных положений является принцип неопределенности. Эйнштейн верил в детерминированный мир, в котором любое событие имеет свою причину. Теперь же новоявленные «квантовые ортодоксы» начали утверждать, что миром правят неопределенности и вероятности и что никакой объективной реальности не существует. Возражая против этого, Эйнштейн заявил: «Бог не играет в кости». На что Нильс Бор, светоч Копенгагенской школы квантовой механики, в шутку ответил: «Не советуйте богу, что ему делать!» Эйнштейн и Бор, уважавшие друг друга профессионально и лично, вели многолетние дебаты о квантовой природе мира, которые сегодня считаются чуть ли не вершиной научных споров в истории человечества.

Столь же скептически относился Эйнштейн и к описанию в квантовой механике того, как частицы взаимодействуют друг с другом на больших расстояниях. Понятия не имея, каким образом кванты сообщаются между собой, он определил этот феномен как «сверхъестественное воздействие на расстоянии». В 1924 году в письме к Нильсу Бору, жалуясь на то, что беспокоит его в квантовой механике, он писал: «Я нахожу абсолютно недопустимым предположение, что электрон, которому предстоит быть излученным, должен самостоятельно, по собственной воле выбирать не только момент скачка, но и его направление. Если это так, я предпочел бы быть сапожником или крупье в казино, но не физиком».

При этом Эйнштейн вовсе не считал квантовую механику по сути ошибочной. Точнее сказать – он считал ее незавершенной. Свою работу по квантам от 1905 года он назвал «эвристической» – и примерно под тем же углом рассматривал квантовую физику в целом. В 1926 году он выразил эти ощущения Максу Борну в следующих словах: «Квантовая механика достойна всяческого уважения. Но внутренний голос говорит мне, что это еще не окончательное решение. Теория дает много, но не приближает нас к раскрытию тайн Старого Господина» (т. е. бога – Д.С.).

Даже когда экспериментальная база в поддержку квантовой теории начала расти, Эйнштейн настаивал на том, что «последнее слово еще не сказано». И фактически до конца жизни посвящал огромную часть своей энергии борьбе с предрассудками, то и дело возникавшими в квантовых исследованиях. И как ни парадоксально, после каждой такой атаки квантовая механика, испытанная на прочность его безжалостным интеллектом, все укрепляла свои рубежи.

Эйнштейн надеялся, что его работа 1935 года о т. н. «ЭПР-парадоксе» (написанная совместно с Борисом Подольским и Натаном Розеном и озаглавленная «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?») станет «последним гвоздем в крышку гроба» квантовой механики на данной стадии ее развития. Работа эта посвящалась основной претензии Эйнштейна к «квантовым ортодоксам» и оспаривала утверждение о том, что никакая частица не имеет определенных координат, пока ее не подвергли наблюдению. На что Эйнштейн возражал: «Вы действительно считаете, что луны в небе нет, пока мы на нее не смотрим?» Для доказательства его позиции в работе предлагался умозрительный эксперимент, который был поставлен, чтобы развенчать принцип неопределенности, – однако не произвел особо чувствительного удара по оппонентам. Годы спустя, в 1980-х, сей аргумент был проверен на практике и опровергнут, и последнее слово – по крайней мере, в отношении данной позиции – осталось за «квантовыми ортодоксами».

В 1944 году Эйнштейн в переписке с Максом Борном подвел итоги своего конфликта с новой ветвью науки. «В наших научных ожидания мы стали антиподами, – писал он. – Ты веришь в бога, который играет в кости, а я – в абсолютные закон и порядок в объективно существующем мире». Так великий ученый остался предан собственной вере – в то, что объективная реальность все-таки существует. В 2005 году Джон Полкинхорн, британский физик-теоретик и теолог, написал в журнале «Наука и теология»:

Эйнштейн хотел, чтобы физический мир был беспроблемно объективен и детерминирован, и потому отрицал современную квантовую теорию. С такой установкой он стал скорее последним из гениев древних, чем первым из современных.