Согласно господствующей ныне парадигме близкодействия, элементарные
частицы взаимодействуют друг с другом посредством переносчиков полей взаимодействий. Ареной таких взаимодействий является пространство-время, что придаёт последнему ярко выраженный субстанциональный характер. Предполагается, что все процессы микромира разворачиваются в пространстве-времени. Против такой точки зрения в своё время возражал Дж. Чью [1], утверждая, что пространство-время имеет макроскопическую природу и по этой причине не является пригодным для описания микромира.
Неудивительно, что как следствие такого представления все развитие релятивистской квантовой теории происходило в рамках картины Шрёдингера, в которой волновая функция (вектор гильбертова пространства) зависит от времени. Долгое время считалось, что картина Гейзенберга, в которой векторы состояния не зависят от времени, эквивалентна картине Шрёдингера. Первым, кто обратил внимание на неэквивалентность этих двух картин, был Дирак. Дирак [2] утверждал, что картина Шрёдингера слишком узка, поскольку векторы состояния этой картины определены в сепарабельном гильбертовом пространстве, а для описания квантовых процессов необходимы векторы состояния, определённые в более общих несепарабельных гильбертовых пространствах. Картина Гейзенберга, в силу независимости векторов состояния от пространственно-временных координат, включает в себя несепарабельные пространства. Дирак пишет:
Все это заставляет думать, что картина Гейзенберга хорошая картина, а картина Шрёдингера плохая и что обе картины неэквивалентны [2, c. 14].
И далее:
Как только вы видите ссылку на картину Шрёдингера, сейчас же выбросьте её вон. При этом вы обнаружите, что без этих ссылок зачастую можно довольно хорошо обойтись и в результате такого выбрасывания вся теория становится более логичной и более вразумительной. Я сказал бы, что таким образом из обычной трактовки квантовой теории поля удаляется значительная часть хлама. То, что при этом остаётся, относится исключительно к гейзенберговской картине и составляет существо теории, и на нем нам следует сосредоточить наше внимание [2, c. 15].
По сути, указанная Дираком неэквивалентность картин Гейзенберга и Шрёдингера, явилась первым строгим математическим доказательством существования двухуровневой структуры реальности, на что ранее указывали Гейзенберг и Фок (концепция Гейзенберга-Фока).
Как известно, копенгагенская интерпретация квантовой механики утверждает, что не стоит искать более глубокого описания и понимания реальности, данной нам в эксперименте. Только феномены являются реально существующими, и помимо них нет никакой более глубокой реальности. Согласно Гейзенбергу [3], за квантовым феноменом стоит более глубокий уровень реальности — бытие в возможности, что приводит к двухуровневой, двухмодусной онтологической картине: имеется модус бытия в возможности и модус бытия действительного, мир фактически существующего. Гейзенберг отмечал, что это возвращает нас к философии Аристотеля, согласно которой реальность имеет двухуровневую структуру:
(динамис) — бытие в возможности (потенция) и
(энтелехия) — бытие действительного (проявленный мир). Согласно
А.Ю. Севальникову [4], это приводит к изначальной «расщеплённости», многомодусности или полионтичности бытия. Ту же двухуровневую структуру реальности мы видим у Зурека [5] в теории декогеренции, согласно которой в основании реальности находится нелокальный квантовый субстрат (квантовый домен), а весь видимый мир (классический домен) возникает из
квантового домена в результате процесса декогеренции. Двухмодусность бытия является ключевым моментом в теории физических структур Ю.И. Кулакова [6] и реляционной теории пространства-времени Ю.С. Владимирова [7]. Следует отметить, что схожих воззрений придерживался Маргенау [8], а также Поппер [9]. Одним из наиболее ярких представителей этого направления является Шимони [10] (см. Каракостас [11], а также сборник [12] под редакцией Кохена).
Гейзенберг в своих философских работах неоднократно подчёркивал необходимость использования в квантовотеоретической онтологии аристотелевского понятия «бытие в возможности», однако, сам он не развил последовательным образом эти мысли.
По сути к тем же идеям независимо пришёл В.А. Фок, но значительно более последовательным образом. Фок подчёркивает объективный характер существования потенциальных возможностей:
«Описываемое волновой функцией состояние объекта является объективным в том смысле, что оно представляет объективную (независимую от наблюдателя) характеристику потенциальных возможностей того или иного результата взаимодействия атомного объекта с прибором. В том же смысле оно относится именно к данному, единичному объекту. Но это объективное состояние не является ещё действительным, в том смысле, что для объекта в данном состоянии указанные потенциальные возможности ещё не осуществились. Переход от потенциальной возможности к осуществившемуся происходит в заключительной стадии эксперимента» [13, c. 13].
Фок настаивает на объективном существовании потенциальной возможности, причём чётко указывает (что особенно важно!) на её соответствие с
единичным квантовым объектом (например, с элементарной частицей).
Рассмотрим соотношение картин Шрёдингера и Гейзенберга согласно двухмодусной структуре. Картина Шрёдингера принадлежит модусу актуального, здесь есть пространство-время и сепарабельные гильбертовы пространства. Картина Гейзенберга принадлежит модусу потенциального, здесь уже нет пространства-времени в его обычном понимании, векторы состояния в этой картине не зависят от времени и определены в несепарабельных гильбертовых пространствах. Здесь необходимо сделать следующее уточнение. Согласно стандартному пониманию картины Гейзенберга, если векторы состояния этой картины не зависят от времени, то операторы, представляющие наблюдаемые величины, от времени зависят. Поэтому картина Гейзенберга в её стандартном понимании не может быть целиком соотнесена с модусом потенциального.
С другой стороны, наблюдаемые величины есть феномены фактически существующего, проявленного мира, т. е. принадлежащими к модусу актуального. По этой причине математика линейных самосопряжённых операторов, представляющих наблюдаемые величины, не имеет
смысла для модуса потенции. Эта ситуация, в некотором смысле, близка к аналитической теории S-матрицы. Вот что пишет Чью: «Теория S-матрицы не использует всего аппарата квантовой механики: в ней сохраняется только принцип суперпозиции. В теории нет ни гамильтониана, ни каких-либо других операторов, нет также изменяющихся во времени векторов состояния» [1, c. 17].
Согласно концепции Гейзенберга-Фока реальность имеет двухуровневую
структуру: потенциальная реальность и актуальная реальность. Гейзенберг
утверждал, что любой квантовый микрообъект принадлежит обеим сторонам
реальности: во-первых, потенциальной реальности как суперпозиция, и, во-вторых, актуальной реальности после редукции суперпозиции, т. е. измерения. Измерение есть локализация (актуализация) какого-либо состояния единой квантовой системы U. Уилер отмечал, что «никакой элементарный феномен не является феноменом, пока он не является наблюдаемым (регистрируемым) феноменом». Представление же о том, что квантовый микрообъект существует сам по себе до всякого измерения в виде некоей корпускулы (точечной или занимающей некоторую область O пространства-времени), так называемого «асимптотически стабильного центра локализации», является petitio principii. Более того, понятие множественности квантовых микрообъектов также является логической ошибкой. Не существует множественности квантовых микрообъектов, существует единая квантовая система U, состояния которой идентифицируются как квантовые микрообъекты (элементарные частицы) в результате измерения. По сути здесь лежит (в рамках U) и решение проблемы множественности и тождественности.
Переход с модуса потенции на модус актуального осуществляется посредством редукции суперпозиции. Как известно, постулат Дирака-фон Неймана о редукции квантовой суперпозиции (так называемый коллапс волновой функции) явился объектом многочисленных споров. Утверждалось, что этот постулат противоречит логике квантовой механики и нарушает линейность
квантово-механической эволюции. Предпринимались попытки исключить постулат редукции из квантовой механики, например, посредством введения многомировой интерпретации Эверетта, что есть по сути не более чем расщепление картины Шрёдингера (модуса актуального) на множество картин Шрёдингера (эвереттовских миров). В свою очередь против «квантовомеханической эволюции», якобы описываемой уравнением Шрёдингера, Дирак [2] выдвинул веские доказательства, заключающиеся в том, что изменяющийся во времени вектор состояния будет выбит из сепарабельного гильбертова пространства за кратчайшее время, т. е. по сути
ни о какой эволюции речи быть не может, и решения уравнения Шрёдингера не существует. С другой стороны, предпринимались попытки пространственно-временного описания редукции квантовой суперпозиции, т. е. рассматривалась возможность представить редукцию как процесс, протекающий в пространстве-времени, что, как показало время, не увенчалось успехом. Отсюда с необходимостью следует вывод: природа коллапса функции вероятности находится за пределами пространства и времени, т. е. принадлежит модусу потенциального.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чью Дж. Аналитическая теория S-матрицы. М. : Мир, 1968.
2. Дирак П.А.М. Лекции по квантовой теории поля. М. : Мир, 1971.
3. Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М. : Прогресс, 1987.
4. Севальников А.Ю. Интерпретации квантовой механики: В поисках новой онтологии. М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009.
5. Zurek W.H. Decoherence, Einselection, and the Quantum Origins of the Classical //
Rev. Mod. Phys. 2003. V. 75. P. 715; arXiv:quant-ph/0105127 (2001).
6. Кулаков Ю.И. Теория физических структур. Новосибирск : Изд-во «Альфа Виста»,2004.
7. Владимиров Ю.С. Реляционная теория пространства-времени и взаимодействий.Ч. 2. Теория физических взаимодействий. М. : МГУ, 1998.
8. Margenau H. The Nature of physical reality. New York : McGrow Hill, 1950.
9. Popper K. A world of propensities. Bristol : Thoemmes Press, 1995.
10. Shimony A. Search for a naturalistic world view. Vol. 2. Natural science and
metaphysics. Cambridge : Cambridge University Press, 1993.
11. Karakostas V. Forms of Quantum Nonseparability and Related Philosophical
Consequences // Journal for General Philosophy of Science. 2004. V. 35. P. 283–
312.
12. Cohen R.S., Horne M., Stachel J. Potentiality, Entanglement and Passion-at-aDistance. Dordrecht : Springer, 1997.
13. Фок В.А. Об интерпретации квантовой механики. М., 1957