«Эврика» 1962. НЕИЗБЕЖНОСТЬ СТРАННОГО МИРА

Теория вероятности и парадоксы Эйнштейна

Вероятность состояния. Вероятность столкновения. Вероятность распада. Вероятность излучения. Вероятное время жизни...

Эйнштейн надеялся доказать невероятность этого господства вероятностей. Он конструировал парадоксы, к которым, по его мнению, неизбежно должна была приводить квантовая механика. Он придумывал мысленные опыты, которые должны были посрамить толкование пси-волн, как «волн вероятное». Он выдвигал возражения, которые всем сомневающимся в квантовой механике казались неотразимыми.

Признайтесь: и вы, быть может, впервые кое-что узнающий о странностях механики микромира при чтении этих страниц, вы тоже — сомневающийся? Наверняка сомневающийся! Я был бы слишком самоуверен, если бы думал, что все рассказанное выше, начиная с открытия электрона и запрета Рентгена и кончая соотношением неопределенностей и догадкой Борна, уже убедило вас в неизбежности странного мира, какой открылся перед физиками XX века в глубинах материи. Нет, вы, конечно, еще сомневающийся... Так вообразите, что величайший физик столетия разделяет ваши сомнения! В пору подпрыгнуть от радости: «Значит, я не так уж прост и не так уж плох?» Можно смело бросаться в схватку, когда за плечами' такой могучий телохранитель. Поддержка его заранее кажется неоценимой: вы можете выражать свои недоумения только недоверчивой улыбкой, только пожатием плеч, а у него в руках оружие гениальной физической проницательности и щит небывалого авторитета.

Вы, наверное, думаете — зачем тут это красноречие литератора? А - затем, что до дня сегодняшнего (буквально — сегодняшнего!) публицисты, философы, физики разных стран — ближайшие потомки тех, кто в начале врка не доверял и теории относительности, — теперь обязательно ссылаются на Эйнштейна, когда выражают недоверие к основам квантовой механики. Ссылаются на его авторитет — не на его доводы. И даже не упоминают, что эти доводы были опровергнуты.

Один из них мы, пожалуй, с некоторым огрублением могли бы оспорить сами, следуя нашему зароку: «Только без подробностей!» Кстати, может быть, такой «спор с Эйнштейном» рассеет некоторые наши собственные сомнения?

Вот электрон* проскочил щель в экране. Перед ним, как «волницей», открылся простор. Волновой пакет его возможностей стал расширяться. Где суждено ему упасть на пластинку — с точностью предсказать нельзя. Но мы уже знаем: волновая картина показывает, какие есть у электрона шансы вызвать почернение здесь или там. Пусть будет десять шансов из ста, что электрон обнаружится в малом кружочке, который мы заранее очертили на пластинке. Тогда по логике дела есть девяносто шансов, что он окажется не в этом месте, а в каком-то ином. Так, наверное, и случится — иначе мы были бы слишком везучими. Но не об этом сейчас речь, важно подумать о другом: какая бы возможность ни реализовалась, в тот момент, когда электрон упадет на эмульсию, что-то,^ несомненно, должно будет произойти с его волновым пакетом — «пакетом вероятностей». Что же именно?

Вот об этом событии, как о событии физическом, етал допрашивать создателей квантовой механики Эйнштейн.

Момент приземления электрона — момент превращения одной из его возможностей в действительность. Стало быть, в этот момент все вероятности падения его в другие места должны тотчас исчезнуть. Так, все десять шансов, на какие мог еще за мгновенье до этого рассчитывать очерченный нами кружок, должны немедленно испариться: в этом месте этому электрону уже не бывать, раз он упал в другое место! Тут спорить не о чем. Но тогда это означает, что в момент падения электрона величина «пси» внезапно и сразу стала равной нулю для всего пространства, кроме места падений. Широкий волновой пакет электрона тотчас стянулся в узкий пик над местом приземления. В квантовой механике так и говорят: произошло «стягивание волнового пакета», или «сведение волнового пакета». Главное, что это произошло действительно мгновенно!

Не смущает ли это вас? Вообразите, что погасло Солнце. Мы узнаем об этом вовсе не в то же мгновенье, а лишь через восемь с лишним минут, когда до нас дойдут и оборвутся последние испущенные Солнцем электромагнитные волны, или кванты света. Нужно время, чтобы пространство «очистилось» от них: они распространяются с конечной скоростью света — предельной из возможных физических скоростей.

А мгновенное стягивание волнового пакета — мгновенное исчезновение всех вероятностей падения электрона в другие точки пластинки, когда одна возможность уже осуществилась, показывает, что пространство «очищается» от волн вероятности без затраты времени — с бесконечной скоростью. Что ж это значит? Что же это за физическйй процесс, который 'происходит быстрее распространения света?

Такой процесс невозможен. Или надо распрощаться с теорией относительности.

Так, может быть, на стягивание волнового «пакета вероятностей» все-таки затрачивается какое-то время, пусть хоть очень малое? Но тогда получается мечто совсем уж нелепое. Электрон упал? Да, уже упал. Значит, больше никуда упасть он уже не может? Конечно, не может. Но если вероятности исчезают постепенно, а не мгновенно, то какое-то время они еще сохраняются? Разумеется. И, значит, в течение всего этого времени у электрона есть вероятность упасть и в другие места^ до которых сигнал о его уже совершившемся падении еще не дошел? Да, так. И чем дальше эти другие места от места действительного приземления, тем дольше сохраняется там вероятность, что упавший электрон сможет при»емлиться и в каком-нибудь из этих мест... Чертовщина очевидная!

—        Как же разрешить такой парадокс? — спросил Эйнштейн у создателей квантовой механики, когда в 1927 году выдающиеся физики Европы собрались в Брюсселе на 5-й очередной Сольвеевский конгресс для обсуждения угловатых и еще не обкатанных идей только что родившейся науки.

Отвечал Нильс Бор.

Ему трудно пришлось бы, если б он хоть на минуту допускал, что пси-волны—это «волны материи». Ему нечего было бы ответить Эйнштейну, если бы он думал, что сам электрон размазывается по пространству, когда расширяется его волновой «пакет вероятностей». Тогда падение электрона на пластинку — куда бы он ни упал! — и вправду должно было бы сводиться к мгновенному стягиванию в точку падения всего размазавшегося материального естества частицы. А такие вещи невозможны, такие физические процессы немыслимы.

Но в том-то и все дело, что стягивание волнового пакета электрона —это процесс нефизический.

Никакая материя при этом никуда не перемещается по пространству. И не происходит никакого «очищения» пространства от материальных волн или «пси-квантов» — таковых не существует, потому что не существует никакой заложенной в пси-волнах энергии, они вовсе не «волны материи». (Как планетные орбиты — вовсе не обручи в пространстве, помните?) В момент падения электрона, когда он внедряется в молекулу эмульсии, начинается новый этап его биографии: все прежние возможности для «его исчезают, и конечно, сразу, но появляются в этот же момент новые возможности в новых условиях.

Новая глава его биографии будет называться «Жизнь в молекуле эмульсии». И новый «пакет вероятностей» расскажет о перспективах, которые ждут его в окружении молекулярных электронов, атомных ядер и электромагнитных полей. Это нозый, несравненно более сложный и запутанный этап в жизни нашего электрона, чем свободный полет от щели к пластинке.

Противоречия с теорией относительности тут нет чнигде. Стягивание волнового пакета, хотя оно и мгновенное, не посягает на скорость света, как на предел физических скоростей в природе.

...Разумеется, свои парадоксы Эйнштейн формулировал не этими словами. И не этими словами распутывал их Бор. И в рассказанном парадоксе были тонкости, которые здесь пропущены. Но нам надо было услышать хоть отголосок тех знаменитых боев. Они длились много лет. Эйнштейн придумывал все новые возражения против вероятностной догадки Макса Борна и соотношения неопределенностей Гейзенберга. Именно это многострадальное соотношение стало в 1927 году теоретической основой вероятностного толкования законов микромира. Тут для объяснения довольно четырех слов: «Где неопределенности—там вероятности!» Эйнштейн не соглашался признать ни то, ни другое.

Когда двадцатидвухлетний Ландау был в 1930 году в Германии, он видел Эйнштейна. «Конечно, я, в свою очередь, попробовал убедить его в принципе неопределенности, но, само собой разумеется, без всякого успеха», — вспоминал недавно Ландау. «Удивительным было, — сказал он, — парадоксальное сочетание в этом человеке величайшей гениальности, необычайной смелости мысли и каких-то остатков консерватизма».

Дискуссии Эйнштейна с Нильсом Бором остались яркой страницей в современной истории науки о микромире. Один противник был достоин другого: каждый удар Эйнштейна Бор отражал с такой же тонкой изобретательностью, с какой удар наносился. И квантовая механика выстояла против самой моЬдной атаки, какой вообще могла подвергнуться в XX веке любая физическая теория: против атаки современного Ньютона.

Очевидно, на стороне квантовой механики была природа.