Институт Философии
Российской Академии Наук




  А. Эйнштейн и понятие физической реальности: современные представления
Главная страница » » Философские вопросы естествознания » А. Эйнштейн и понятие физической реальности: современные представления

А. Эйнштейн и понятие физической реальности: современные представления

Антипенко Л.Г.

А. Эйнштейн и понятие физической реальности: современные представления

                     (Опубликовано в кол. труде Института философии: Эйнштейн и перспективы развития науки. М., 2007)

 


     Цель моего доклада – показать, как известный парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР) оказал влияние на развитие и уточнение представлений о физической реальности. Опубликованная в 1935 году статья трёх авторов (ЭПР) носит название под знаком вопроса «Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным?» [1; 604–610]. Ответ на заданный вопрос, как выясняется уже из содержания самой статьи, зависит от определённой методологической установки на изучение физической реальности. И формулируется он так: должны ли мы полагать, что всякая связь между физическими объектами подчиняется всецело принципу близкодействия или существуют другие виды связи, выходящие за рамки данного принципа? Конкретнее, речь идёт о том, позволительно ли допускать, что наряду с близкодействующими (локальными) связями существуют ещё и связи дальнодействующие, нелокальные.
    «Для суждения об успехе физической теории, – писали авторы, – мы можем задать себе два вопроса: 1) Правильна ли теория? и 2) Яляется ли даваемое теорией описание полным? Только в том случае, если на оба эти вопроса можно дать положительные ответы, концепции теории могут быть признаны удовлетворительными» [1; 604]. Судьёй удовлетворительности, указывают они далее, служит опыт, и только опыт (экспериментальная практика). Далее вопрос уточняется посредством следующих суждений: «Какой бы смысл ни вкладывался в термин «полное описание», от всякой полной теории, как нам кажется, необходимо требовать следующее: каждый элемент физической реальности должен иметь отражение в физической теории. Мы будем называть это условием полноты. Таким образом, на второй вопрос легко ответить, если мы сможем выяснить, что является элементами физической реальности» [1; 605].
    Мысленный эксперимент, представленный Эйнштейном, Подольским и Розеном, был сформулирован авторами по всем правилам квантовой механики. Но поскольку он не удовлетворял условию локальности, авторы сделали заключение, что в квантовой теории чего-то недостаёт; она страдает неполнотой, раз позволяет делать такие выводы.
    Элементы физической реальности, указывали авторы далее, не могут быть определены при помощи априорных философских рассуждений; они должны быть найдены на основе результатов экспериментов и измерений. По сути дела речь шла о возможности (или невозможности) экспериментальной проверки нелокальности. Около тридцати лет спустя Дж. Беллом была изложена теорема, основной вывод которой позволял подтвердить или опровергнуть экпериментальным путём допущение о существовании нелокальных процессов. Наиболее ясная формулировка её дана Х.П. Стаппом: «Если статистические предсказания квантовой теории истинны, объективная вселенная несовместима с законом локальных причин» [2]. Приведём один из отзывов о методологическом и мировоззренческом значении этой теоремы, написанном после того, как она прошла экспериментальную проверку. Мистическое видение мира, в котором человек принимает участие в качестве слитного существования, соединённого со вселенной вокруг него, писал М.Д. Лорри Досси, резонирует с открытием, названным теоремой Белла. Это открытие, впервые обнародованное в 1964 году, физиком John S. Bell, было впервые подтверждено экспериментально в 1972 году проф. John Clauser в Беркли. «Это почти невероятный результат – невероятный потому, что логический рассудок (mind) затрудняется в понимании того, как он может быть истинным. Проф. Harry Stapp, физик из Беркли, авторитет в области приложений теоремы Белла, назвал её самым важным открытием в истории науки» [3; 98].
    Для точности следует сказать, что в фактических экспериментальных ситуациях проверяется не теорема Белла, а предсказания квантовой механики. Но, во всяком случае, теорема Белла и последующие за ней квантовофизические эксперименты окончательно рассеяли сомнения в полноте квантовой механики. Цель излагаемых здесь соображений не состоит, однако, лишь в том, чтобы лишний раз изложить информацию о данных результатах. Мы замечаем, что утверждение полноты квантовой механики в контексте статьи ЭПР означает распространение принципа дополнительности Н. Бора на те стороны физической реальности, которые раньше не исследовались под таким углом зрения. Интересующая меня задача здесь состоит в том, чтобы с учётом отношения дополнителности между близкодействием и дальнодействием проанализировать понятие элементарности в квантовой физике, понятие элементарной частицы.
     В настоящее время к (подлинно) элементарным, фундаментальным частицам представители физической науки причисляют кварки, лептоны и калибровочные бозоны. «Есть глубокие причины считать, – пишет по этому поводу С. Трейман, – что эти частицы относятся к списку фундаментальных величин. На сегодняшний день очень мало указаний на то, что сами эти величины могут быть построены из чего-то, хотя это и не является совершенно невероятным. В любом случае, основная точка зрения состоит в том, что на фундаментальном уровне материя не непрерывна, а дискретна» [4; 211]. Как видим, в разряд элементарных теперь не входят даже такие частицы, которые раньше само собой проходили по данному ведомству – протоны, нейтроны и пр. Но в таком случае возникает вопрос: чем же, скажем, электрон разнится от протона? Мы не можем, не впадая в мистику, просто сказать, что электрон, в отличие от протона, не имеет пространственного протяжения, что он идентичен безразмерной геометрической точке. Но с другой стороны, опыт изучения взаимодействий электронов между собой, с позитронами, с квантами электромагнитного поля свидетельствует о том, что они ведут себя как точечные образования. Как разрешить данное противоречие? На помощь приходит идея дополнительности.
    Принципы теоретических вычислений, проводимых в квантовой электродинамике и закрепляемых экспериментально, сводятся к двум следующим положениям:
1) все взаимодействия реализуются посредством рождения и гибели частиц;
2) эти процессы – процессы рождения и гибели частиц – происходят мгновенно и локализуются в точках; они не распределены в пространстве и не имеют длительности во времени.
Факты эти Кеннет Форд комментирует так: «Вплоть до самых малых расстояний ( см) и самых коротких промежутков времени ( сек), на которые проник человек, процессы в мире элементарных частиц пока остаются внезапными актами рождения и гибели, носящими характер катастроф и происходящими со сгустками поля, которые мы называем частицами» [5; 255].
    Надо заметить, что эти внезапные акты напоминают акт редукции волновой функции в процессе проведения квантовомеханических измерений. И действительно, и тот, и другой случаи роднит факт реализации процесса мгновенно, вне временной длительности. А этот факт, по нашему мнению, означает следующее. Хотя электрон и не является точкой и состоит из некоторых компонентов, но эти компоненты находятся в состоянии сцепления («перепутанности»), т.е. в одном из тех парадоксальных, в смысле ЭПР, состояний, которые теперь систематически изучаются физикой квантовой информации [6]. А раз так, то внешнее воздействие на элементарную частицу мгновенно охватывает все её «части». Для электрона, если судить по эффекту поляризации физического вакуума, его компоненты предстают в виде «шубы» виртуальных электронно-позитронных пар.
Высказанные здесь суждения мы квалифицируем, конечно, как гипотезу, но с оговоркой, что эта гипотеза в высшей степени вероятна.
В своё время в книге «Проблема физической реальности» (см. [7; 148–150]) я разделил все физические связи (взаимодействия) на два класса: связи силовые и не-силовые. Силовые – близкодействующие, распространяющиеся со скоростью, не превышающую скорость распространения света в вакууме; не-силовые – устанавливающиеся мгновенно. Впоследствии с такой классификацией согласились и другие физики, в частности, Л.А. Шелепин [8; 62].
    В свете предложенной классификации можно утверждать, что (подлинно) элементарные микрочастицы скрепляются в единое целое именно не-силовой связью, другие же микрочастицы – силовым взаимодействием (например, кварки в адронах).
Несколько слов о том, как вводилось и обосновывалось понятие дальнодействия.Факт существования дальнодействия в квантовой теории признавался далеко не всеми физиками. Так, например, В.А. Фок – его научные заслуги не подлежат сомнению – полагал, что не-силовая связь между физическими объектами, обнаруживаемая в квантовой теории, имеет чисто логический характер. Поэтому мне, как автору книги «Проблема физической реальности», приходилось, при трактовке дальнодействия, соблюдать некоторую осторожность, дополняя идею дополнительности диалектической терминологией (диалектика дальнодействия и близкодействия). В тексте книги было указано на понимание дальнодействия в двух разных смыслах – условном (логическом) и безусловном (онтологическом):
1) дальнодействие в логическом аспекте означает, что между связанными телами невозможно непротиворечивым способом ввести какой-либо промежуточный механизм связи;
2) дальнодействие в онтологическом аспекте означает, что изменение свойств или состояния движения связанных тел осуществляется посредством мгновенного переноса влияния одного тела на другое [7; 149].
    Далее было показано, что фактор дальнодействия в квантовой механике логически обусловлен мгновенным характером редукции волновой функции, имеющей место при измерении или вообще при декогеренции суперпозиции интерферирующих альтернатив.
Любопытные соображения мы находим в книге К. Г. Юнга и В. Паули «Интерпретация природы и психики» [9]. Согласившись на соавторство с К. Юнгом, В. Паули, несомненно, признавал существование в природе акаузальных дальнодействующих связей, которые Юнг называл синхронными (синхронистичными). Однако, судя по содержанию книги, он не разделял точку зрения своего соавтора, согласно которой синхронность событий, не связанных причинно, объясняется следствием сведения почти к нулю как временной длительности, так и пространственной протяжённости под влиянием субъекта. Юнг полагал, что эмоциональное состояние субъекта «сжимает» пространство и время, которыми разделены индуктор и перципиент [9; 42–43]. Похоже, Юнг не был знаком с выводами квантовой механики о существовании дальнодействующих акаузальных связей.
    Из огромного числа публикаций, посвящённых поискам критерия элементарности в квантовой физике, я бы специально выделил книгу Р.С. Джоунса «Физика как метафора», содержащую глубокие размышления по существу вопроса [10]. Автор отмечает наличие серьёзных противоречий между идеями элементарной частицы и силового поля. «Как, например, – спрашивает он, – электрическое поле электрона воздействует на сам электрон? Почему электрон не взрывается под действием собственных отталкивательных сил?» [10; 221–222]. Современные физики, говорит он далее, отделываются от этого вида проблемы тем, что полагают её несуществующей – несуществующей по определению. Они занимаются техническими вопросами перенормировок. Но проблема-то остаётся. Автор предлагает проделать сравнительный анализ самоэффектов в физике (самодействие электрона) и известной антиномии Рассела. Действительно, предикат самоотрицания, фигурирующий в антиномии Рассела, может служить логико-математическим аналогом самодействия в физике, особенно если учесть, что в расселовской антиномии имеется аналог физического вакуума. Это – пустое множество [11; 190–193]. А утверждение о том, что существует множество всех нормальных множеств, которое нормально и вместе с тем ненормально, соответствует принципу дополнительности Н. Бора, выраженному краткой формулировкой: contraria sunt complementa.
    В заключение стоит высказать ещё два суждения. Анализ (собственно) квантовой и классической информации в физике квантовой информации показывает, что классическая информация передаётся от одного объекта к другому обычным путём: по каналам, располагаемым в пространстве-времени. Квантовая информация передаётся мгновенно, её проводником служит физический вакуум [12; 236–237]. Поскольку передача квантовой информации неизбежно дополняется передачей классической информации, принцип дополнительности распространяется на отношение, существующее между пространственно-временным многообразием и физическим вакуумом. Элементарная частица уподобляется физическому вакууму в том смысле, что как в вакууме, так и, скажем для примера, в электроне компоненты того и другого находятся в сцепленном состоянии. В вакуумной среде такими компонентами служат, по крайней мере, электронно-позитронные пары. Об этом свидетельствует эффект поляризации вакуума.
    Та научная установка на изучение физической реальности, которую мы здесь конкретно применили, была предложена выдающимся отечественным математиком, специалистом в области теории вероятности и статистики А.А. Чупровым (1874 –1926). Статистическая наука, указывал Чупров, построенная на теории вероятности, позволяет в известной мере дать отчёт о возникновении закономерностей сосуществования. «Наше основное представление о закономерности Cущего <...> принимает лишь закономерность связи во времени. Соседство же в пространстве для данного момента времени рисуется случайным, данным, несводимым к законам взаимной связи между явлениями. Каждое явление неразрывно связано с некоторым предшествующим, за которым неизменно следует, и с некоторым последующим, которое оно неизменно вызывает. Но что имеет место рядом с ним в одно с ним время, это не определяется никакими законами: в данный миг в данной точке вселенной соседство одно, в другое время и в другом месте может быть совсем иное» [13; 192]. Таково наше, констатирует   Чупров, коренное представление о причинной детерминированности хода мироздания. Но вместе с тем мы постоянно видим закономерность в соседстве, встречаем прочные связи сосуществования. «Откуда они появляются?» – спрашивает он. И отвечает: «Теория вероятностей проливает на это некоторый свет» [13; 192].
   Чупров имеет в виду классическую теорию вероятности, которая не могла полностью ответить на поставленный им вопрос. Полный ответ на него даёт квантовая теория вероятности, что нашло подтверждение со стороны теоремы Белла. Теорема Белла, как оценивает её Ник Герберт, показывает, что хотя мировые явления кажутся строго локальными, реальность, лежащая в основе этой феноменальной поверхности, является сверхсветовой. «Глубинная мировая реальность поддерживается невидимой квантовой связью, вездесущее влияние которой неподвержено уменьшению и сказывается непосредственно» [14; 249–250]. Влияние этой квантовой связи на все процессы, происходящие в природе и обществе, нам ещё предстоит долго изучать.

                                                                                           Литература


1. А. Эйнштейн, Б.Подольский, Н. Розен. Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности полным? // Альберт Эйнштейн. Собр. науч. трудов, т. III, М.: Наука, 1966.
2. H.P. Stapp. Correlation Experiment and Nonvalidity of Ordinary Ideas About the Physical World // Physical Review, D3, 1971, p.1303/
3. M.D. Lorry Dossey. Space, Time and Medicine. Boulder and London, 1982.
4. С. Трейман. Этот странный квантовый мир. Москва–Ижевск, 2002 (пер.с англ.).
5. Кеннет Форд. Мир элементарных частиц. М.: Мир, 1965.
6. Физика квантовой информации. М.: Постмаркет, 2002.
7. Л.Г. Антипенко. Проблема физической реальности. М.: Наука, 1973.
8. Л.А. Шелепин. Когернтность (Новое в жизни, технике, науке. Физика 1983/4). М.,1983.
9. C.G. Jung and W. Pauli. The Interpretation of Nature and Psyche. London, 1955.
10. Roger S. Jones. Physics as Metaphor. N.Y. and Scarborough, Ontario, 1982.
11. Л.Г. Антипенко. Проблема неполноты теории и её гносеологическое значение. М.: Наука, 1986.
12. Л.Г. Антипенко. Два подхода к исследованиям по физике квантовой информации // Методология науки: новые понятия и нерешённые проблемы. М., 2004.
13. А.А. Чупров. Закон больших чисел в современной науке // О теории вероятностей и математической статистике. М.: Наука, 1977.
14. Nick Herbert. Quantum Reality (Beyond the New Physics). London et al., 1985. 

 

                           Опубликовано в кол.труде Института философии: Эйнштейн и перспективы развития науки. М., 2007.