Итак, подводя итог столь пространному рассмотрению основных положений квантовой механики, науки, изучающей сам фундамент материалистической парадигмы, с удивлением приходится констатировать, что этот фундамент – атомы в своем бытии потеряли оче-видную «объективную» вещественность, оставив после себя только одни «расплывчато ограниченные целостности». Воспитанные на примерах предыдущих научных революций, мы понимаем, что исчезли не сами атомы, а только наше старое представление о них, существующих самих по себе в том же виде, в котором мы знаем их в «явлении» - в процессе наблюдения или измерения. Но все же эти новые представления кажутся столь неожиданными и решительно противоречащими прочно усвоенному взгляду на материю и вещество как на «объективную реальность», без сомнения существующую помимо нашего опытного обращения к ней. В связи с этим, подробно рассматривая основы квантовой механики, мы пытались понять, где и когда эта реальность исчезает.
Действительно, на уровне макромира, мира обычных вещей, окружающих нас, в котором мы все с детства являемся исследователями и накопили богатый опыт жизни и деятельности, нам трудно сомневаться в объективности материи, понимаемой в обычном смысле. Конечно, пользуясь принципом соответствия Бора, требующим не подвергать сомнению достижения классической физики в ее собственной ипостаси, то есть в рамках ее применимости, можно разделить все мироздание на два мира – макромир и микромир, каждый со своими особыми «физиками» и областями их применения. Но такое допущение искусственное и подвергает сомнению саму атомистическую парадигму. Согласно ей, все мироздание состоит из атомов и пустоты между ними: от богов и душ человеческих до звезд и бытовых вещей, - а значит, нет никаких идей вещей «вообще» в духе Платона. Например, нет стола «вообще», а есть конкретный стол, а его сущность, а значит и свойства, сводятся к вечным сущностям – атомам его составляющим. Если же в рамках этой парадигмы мы разделяем мироздание на два мира, то по существу отрываем все вещи от «источника» их бытия - от атомов. В результате остаются отдельно стол «сам по себе» и отдельно «расплывчатые целостности» - атомы. Стол «сам по себе» уже напоминает идею «вообще» Платона, которая явно не вписывается в идею атомистическую.
Нет, безусловно, мир один и един, и свойства макромира «укоренены» в свойствах атомов, описываемых квантовой механикой. Рассмотрим в качестве примера тот же стол. Вот, допустим, мы видим его большим, с черной и блестящей поверхностью. Все это результат целого ряда квантомеханических явлений: взаимодействие квантов падающего света с внешней поверхностью стола, их избирательное отражение, взаимодействие отраженных квантов с рецептором глаза и т.д. Нам кажется стол твердым на ощупь. Это результат сопротивления на сдавливание атомов, составляющих молекулы материала, из которого изготовлен стол. Прохладу стола мы ощущаем благодаря передаче кинетической энергии от молекул стола к молекулам рецептора температуры на ладони человека. Все это тоже надо отнести к квантовомеханическим явлениям.
Все, что мы перечислили – цвет, размер, твердость, температура, - это качества, полученные нами в результате квантовомеханических «исследований», и которые должны быть «приложены» к какому-то подлежащему. Естественно, подлежащее - это «стол», но раз стола «вообще» нет, то в чем же основа отделенной от своих качеств самой «стольности»? Предполагается, что она должна быть в той «корпускулярной» материальности, с которой мы опытно хорошо знакомы. Но, видимо, жизненная интуиция нас тут подводит: эта самая корпускулярность на уровне «кирпичиков» мироздания постепенно превращается в «расплывчато ограниченные целостности».
Возможно, небольшой размер стола не дает в полную силу проявиться «материальности», и для больших, например, астрономических тел она будет более наглядна? Действительно, объектом приложения гравитационных и инерционных сил, безусловно, служат астрономические тела в целом. Вот, может быть, это наблюдаемое и предсказуемое целое и является примером той объективной материальности, которую мы не находим у частиц квантового мира? Но если учесть, что современная наука уже давно находится в поиске теории квантовой гравитации, то, судя по всему, и здесь объективная предсказуемость в скором времени может быть заменена на вероятностную.
Кроме того, если вспомнить суть предположения де Бройля о волнах материи, то, строго говоря, этот принцип должен быть распространен на все частицы и тела, в том числе и астрономические. Мы уже говорили, что чрезвычайно малое значение в масштабе макромира постоянной Планка h, практически ограничивает применение предсказаний волновой механики рамками микромира. Но в данном случае не стоит вопрос о замене законов Ньютона расчетами Ψ-функции солнечной системы, хотя в принципе это должно быть возможно. Вопрос стоит о самой природе материи и о достоверности понятия «объективной» материальности или вещественности. Очевидно, что в этом плане представление о «волнах материи» де Бройля подводит нас гораздо ближе к пониманию глубинной природы явлений окружающего мира, чем феноменологические закономерности классической физики. Кроме того, по-видимому, (ниже мы это покажем), в квантовомеханические системы могут быть в принципе включены «участники» любого масштаба вплоть до астрономического..
А существуют ли в принципе свойства, не сводимые к свойствам атомов, если все из них состоит? Должно быть, нет: свойства планет и звезд, как бы они велики ни были, тоже есть проявление свойств составляющих их атомов. Например, весь «секрет» энергии Солнца (как считает современная наука), по существу сводится к одной термоядерной реакции - слиянию атомов водорода в атомы гелия. Фактически одна эта реакция, запись которой помещается в одну строчку формул, и несколько атомов, участвующих в ней, при своей практически бесконечной мультипликации дают светило, греющее нас на расстоянии 150 миллионов километров. И опять встает тот же вопрос: как и каким образом из «расплывчатых целостностей», не обладающих индивидуальной до-опытной вещественностью, пусть при их практически бесконечной мультипликации, является уже нечто, обладающее оче-видной материальной реальностью даже тогда, когда мы спим.
Наверное, пора в нашем изложении оставить попытки объяснить единый мир, основываясь на двух совершенно разных подходах - на классическом, и квантово-механическом, и использовать только один из них, последовательно распространяя его на все мироздание – микро и макромир. Героические усилия Эйнштейна, де Бройля и других воссоздать классические «ценности» на уровне микромира, скорее всего, потерпели полную неудачу. После экспериментальных подтверждений нелокальности квантовомеханических явлений стала очевидна неизбежность «странного мира», описываемого «ортодоксальной» копенгагенской интерпретацией квантовой механики.[1] С другой стороны, распространению представлений последней на явления макромира противоречит сам «здравый смысл». Это связано с парадоксами, возникающими при попытках проецирования квантовомеханических событий на явления обычного масштаба.
В этом отношении наиболее нагляден парадокс кошки Шредингера. Осмысливая связь микро- и макромира через призму новой физики, Шредингер еще в1935 г. предложил свой знаменитый мысленный эксперимент.[2] Один электрон проходит через простейший квантовомеханический прибор, в котором у него есть «право выбора»: пойти одним из двух альтернативных путей (как в вышеописанном двухщелевом эксперименте). Согласно теории, выбор происходит абсолютно случайно. Далее, если частица пошла, допустим, первым путем, то ничего не происходит. Но во втором случае она встречает устройство, которое в случае попадания в него электрона, включает механический привод, разбивающий ампулу с ядом в коробке, в которой сидит кошка. Это и есть печально знаменитая «кошка» Шредингера. Если мы не «подсматриваем», каким путем пройдет электрон, то относительно нас должна существовать некая реальность из суперпозиции двух состояний: электрона, прошедшего первым путем, и электрона, прошедшего вторым путем. Это количественно описывается соответствующей Ψ-функцией и подтверждается экспериментом. Но теперь в эксперимент включена судьба макроскопической кошки, причем альтернативы для нее будут тоже абсолютно случайны и существовать в таком виде: электрон прошел первым путем, и кошка осталась живой, и электрон прошел вторым путем, и кошка умерла.
В принципе, если следовать строго логике копенгагенской интерпретации и если состояние кошки никак нельзя оценить, не посмотрев на нее, то до вскрытия коробки для нас должна существовать принципиальная неопределенность в виде суперпозиции двух состояний - живой и мертвой кошки.
Не соглашаясь с этим противоречащим здравому смыслу выводом, Шредингер считал, что природа ограничивает действие законов квантовой механики на уровне объектов микромира. В более же крупных макроскопических системах материя и энергия каким-то образом всегда выбирают присущее им состояние и подчиняются старым законам классической физики.[3] Фактически эта мысль повторяет принцип соответствия Бора, об искусственности которого мы уже говорили выше.
Но, кроме того, можно внести в высказывание Шредингера следующее дополнение: в макромире действие законов квантовой механики все же не прекращается, и она по-прежнему полностью объясняет природу явлений. Но из-за своего размера и доступности прямому наблюдению макроскопиеские системы всегда «выбирают» присущее им состояние таким же образом, как и электрон в двухщелевом эксперименте в случае, когда за ним «подсматривают в микроскоп». Наблюдаемый электрон «объективизируется» - проявляет свойства корпускулы и проходит только через одну или только через другую щель. Подобное происходит и с кошкой: как только её состояние становиться доступным наблюдению (прямому или косвенному), происходит коллапс Ψ-функции, в которую она «включена», и она, «объективизируясь», является в каком-то одном вещественном состоянии.
Надо подчеркнуть одну важную деталь: поскольку «выбор» щели для электрона и соответственно состояние кошки все равно остаются принципиально вероятностными, то можно указать второго наблюдателя, не связанного с первым, для которого будет существовать Ψ-неопределенность событий теперь уже в следующем виде: первый наблюдатель, видящий прохождение электрона через первую щель и живую кошку, и этот же наблюдатель, но видящий прохождение электрона через вторую щель и гибель кошки. То есть природа макроскопических явлений остается квантовомеханической, но в связи с возможностью прямого наблюдения результат для такого «внутреннего» наблюдателя становится сразу однозначным и «корпускулярным». Таким же образом в квантовомеханические системы могут быть включены и тела любой величины. Например, можно указать наблюдателя, относительно которого существует в некотором смысле суперпозиция двух состояний: Земля, на которой кошка Шредингера умерла, и Земля, на которой она осталась жить. Подобное построение можно продолжить до бесконечности.
В связи с вышеизложенным, надо заметить, что имеет значение не сама макро- или микроскопичность явления, а возможность за ним прямого наблюдения. Это подтверждают последние эксперименты (1989г), демонстрирующие квантовомеханический эффект Зенона. Смысл его заключается в том, что при прямом и постоянном наблюдении за микрочастицей ее Ψ-функция разрушается и она как бы «застывает» в состоянии, которое было выявлено наблюдением.[4] С другой стороны, были проведены эксперименты, подобные мысленному эксперименту Шредингера. В них были показаны волновые свойства для макроскопической переменной – магнитного потока, образуемого движением огромного количества электронов (около 1023).[5]
Кроме подобных искусственных экспериментальных условий, можно указать природные объекты, в которых макроскопические свойства зависят от единичных явлений атомарного масштаба. Это прежде всего все живые организмы, у которых весь механизм жизнедеятельности осуществляется в прямом смысле молекулярными «машинами», подчиняющимися квантовомеханическим законам. Например, работа любого фермента обеспечивается функционированием его активного центра, в котором происходит «обработка» единичных атомов и молекул. Сложное поведение животных зависит от прохождения сигналов по нейронным цепям. Все это квантовомеханические процессы, некоторая неопределенность которых, в принципе, может проецироваться на уровень макропризнаков организма.
Важно подчеркнуть, что предлагаемый вариант согласования законов микро и макромира удовлетворяет и главное, поясняет принцип соответствия Бора. Действительно, если мы утверждаем, что все явления на всех масштабных уровнях подчиняются одним и тем же вероятностными законами и для каждого события существует в том или ином виде соответствующая Ψ-функция, то она существует и для любого макрособытия, определяя все его возможные исходы. Но относительно нас, занимающих тот же масштабный уровень, что и описываемое событие, оно находится в состоянии постоянного наблюдения (измерения), что приводит к непрерывному коллапсу или редукции его Ψ-функции.[6] Так возникает феномен «объективности» окружающего мира (утверждение 1).
В «объективизированном» таким путем мире наблюдаются определенные повторяющиеся закономерности, поддающиеся изучению, систематизации и обобщению до уровня законов, причем повторяемость (или воспроизводимость) может быть воспринята как критерий и доказательство их «объективности». Так из феномена «объективности» окружающего нас мира проистекает «объективность» классической физики. «Объективная» наука должна иметь «объективный» же предмет – объект изучения. Им в своем максимальном обобщении становится «вещество» или «материя», наделяемые в знак их «объективности» самобытием. Обладающие самобытием частички вещества, называемые атомами, имеют свойства, характеризующие их взаимо-отношения. Таким образом, абсолютизация объективности вещественного мира завершается признанием его самобытия (утверждение 2).
Пройденная нами в последнем абзаце логическая цепочка рассуждений (утверждение 2) кажется неизбежной, и была очевидной еще в глубокой древности, хотя воспринималась далеко не всеми мыслителями. Тем не менее, позднее она составила основу главенствующего подхода к изучению мира - материалистической парадигмы. Парадигмы до сих пор здравствующей,[7] несмотря на все затруднения последнего времени, показавших, как мы видели, что материя в своем основании не имеет той объективной вещественности, опираясь на которую можно было бы построить самобытие мира. По-видимому, именно здесь, в абсолютизации «объективности» окружающего нас вещественного мира, возможно, скрывается ошибка в рассуждениях, приведшая к противоречиям между классической и квантовой физикой и к разделению единого мира. Чтобы исправить ошибку, надо отказаться от абсолютизации объективности наблюдаемого мира и, признав некоторую её относительность, перенести «центр тяжести» этой «объективности» в иную реальность, реальность описываемую Ψ-функцией. Именно таким путем мы пошли в своих рассуждениях, изложенных выше предыдущего параграфа в тексте набранного курсивом (утверждение 1). На первый взгляд этот путь, говоря философским языком, является продолжением «линии» Платона, т.е. линии идеалистической философии.
[1] А.Шимони. Реальность квантового мира. В мире науки. М., № 3. 1988. С.22,26. «Полученные результаты отчетливее, чем когда-либо показывают, что мы живем в странном «квантовом мире», не поддающемся интерпретации на основе очевидного здравого смысла».
[2] Там же. С.28.
[3] А.Шимони. Реальность квантового мира. В мире науки. М., № 3. 1988. С.28
[4] Д. Фридман. Что нового в квантовой механике? Discover. (Перевод в «За рубежом», №17, 1991, С.21.)
[5] А.Шимони. Реальность квантового мира. В мире науки. М., № 3. 1988. С.30.
[6] Как мы видели, то же самое справедливо и для микрочастиц, если за ними постоянно наблюдают (эффект Зенона).
[7] «Так была создана существующая более двух тысячелетий дискретная картина мира, в которой бытие мыслится состоящим из мельчайших и обособленных частичек вещества, а отношения между частичками (т.е. принцип взаимодействия) считается не самим бытием, а лишь свойством атомов». Смородинский. Я. А. Законы и парадоксы элементарных частиц. В сб.: Физика наших дней. – М., Знание, 1972, С.44.
