Проблема физической реальности сорок лет спустя (стр. 1 )

Проблема физической реальности сорок лет спустя

Прошло сорок лет с того времени, как была опубликована авторская монография «Проблема физической реальности (Логико-гносеологический анализ)»[1], посвящённая исследованию концепции реальности в квантовой физике. В настоящее время можно было бы ограничиться просмотром идей, отражённых на её страницах, и дать им оценку с точки зрения того, какие из этих идей прошли проверку временем, а какие оказались несостоятельными. Надо сказать, что читатели не обнаружили в предпринятом исследовании каких-либо серьёзных погрешностей. Однако сам автор видит в нём, взятом как целое, общий недостаток, определяемый односторонним, сугубо гносеологическим, углом зрения на данную проблематику. Хотя гносеологическая установка на поиски решения проблемы была провозглашена заранее (что нашло отражение в подзаголовке книги), но с самого начала оставалось ощущение, что гносеологическому подходу не достаёт той полноты, которая при изучении квантовых (и не только квантовых явлений) обеспечивается идеей дополнительности Н. Бора: contraria sunt complementa. И теперь у меня сложилось глубокое убеждение, что гносеологическая аналитика, направленная на решение поставленной проблемы, должна быть дополнена аналитикой онтологической.

Что скрывается за необходимостью обращения к онтологии? За этим скрывается необходимость показать, что с переходом в мир микрообъектов и вообще квантовых объектов расширяется концепция физической реальности таким образом, что она неизбежно включает в себя, помимо материальной, грубо говоря, вещественной, реальности, начала идеальной реальности, вводит нас в мир идеальных объектов − эйдосов, по терминологии Платона. Два шага (условно говоря) придётся сделать здесь нам для выполнения поставленной задачи. Сначала будет показано, как работает боровская идея дополнительности при выяснении свойств отношения между пространственным континуумом и физическим вакуумом. Затем, после того, как будет установлено присущее ему свойство дополнительности, будет сделана попытка доказать, что идея дополнительности простирается далее и подчиняет себе отношение между материальным и идеальным.

Проделанный нами путь восхождения к вершине идеального пролегает в области самой физики. Это − путь к полноте физического бытия, наполнения его животворным духом. Большую роль в процессе такого восхождения (надеюсь, не только моего) сыграл ряд выдающихся физиков и философов XX столетия, среди имён которых нельзя не упомянуть В. Гейзенберга, К. Вайцзеккера, Дж. фон Неймана, Л. Бриллюэна, , М. Хайдеггера, Р. Пенроуза.

К числу тех, содержащихся в монографии положений, которые послужили в качестве предпосылок для развития моего уже более современного взгляда на способ решения проблемы физической реальности, первое место занимает вопрос об интерпретации волновой функции и двух способов её изменения: непрерывного и дискретного, обычно именуемого коллапсом, или редукцией волновой функции. (Р. Пенроуз обозначает эти способы соответственно как U-процедура и R-процедура). Данный вопрос обсуждается в монографии в виде полемики автора с академиком .

Анализируя процесс квантово-механического измерения, Фок ввёл для обозначения дальнодействующего фактора в области квантовой физики термин «не-силовые взаимодействия». Но трактовал их своеобразным способом − как логические связи. В опубликованном в «Успехах физических наук» ответе Ааронову и Бому он указывал, что зависимость волновой функции от времени (согласно уравнению Шредингера) представляет собой изменение во времени прогнозов, относящихся к измерениям. Самого же акта измерения волновая функция, служившая для прогнозов, описывать не может. В результате акта измерения волновая функция становится недействительной (вычёркивается)2. Тут надо сразу же пояснить, что фактически взгляд Фока на сущность волновой функции был двойственным. С одной стороны, он видел в ней набор потенциальных возможностей, присущих самому микрообъекту и реализуемых в процессе измерения. С другой стороны, набор потенциальных возможностей он соотносил (отождествлял?) с «отображающими их прогнозами»3. Выявляя затем логические связи относительно прогнозов, переносил их суть на не-силовые взаимодействия, лишая тем самым последние онтологического статуса.

В настоящее время мы можем с полной уверенностью сказать, что если бы не-силовые связи, или взаимодействия, были всего лишь логической конструкцией, не имеющей физического значения, физики не создали бы концепцию квантовых вычислений, реализуемых на квантовых компьютерах. А тогда, в 60−70 годы, прошлого столетия точку зрения, противоположную фоковской, трудно было отстаивать как перед сообществом большинства физиков, так и сторонников диалектического материализма.

Основная ошибка Фока коренится в его представлении, согласно которому волновая функция полностью уничтожается при измерении. Но такое представление не соответствует действительности. При измерении состояния движения, скажем, двух сцепленных частиц, разрушается только их общая волновая функция. Вектор состояния второй частицы, над которой измерительная процедура непосредственно не проводилась, может использоваться для проведения дальнейших измерений. И только благодаря учёту эффекта сцепленных состояний частиц было открыто явление квантовой телепортации, получившее экспериментальное подтверждение.

Надо также сказать, что не все специалисты в области квантовой физики того времени замыкали свой кругозор в рамках принципа близкодействия и отвергали необходимость дополнить его принципом дальнодействия. Концепцию дальнодействия отстаивал рано ушедший из жизни выдающийся представитель творческого направления в физике П. Эренфест (1880−1933). Ещё до полемики, развернувшейся вокруг известного парадокса Эйнштейна, Подольского, Розена, Эренфест указывал, что надо отказаться от представления, будто прямая первичная взаимосвязь в природе осуществляется только между такими величинами, описывающими состояние движения, которые принадлежат к бесконечно близко расположенным точкам t,x,y,z. На самом деле шредингеровское дифференциальное уравнение, описывающее эволюцию состояния, скажем, двух электронов (имеется в виду конфигурационное пространство ), требует применение принципа близкодействия лишь по отношению к взаимосвязи t-величин, в то время как расстояние между пространственными точками и может быть равно любому количеству километров. «Мы должны всё время помнить, − писал Эренфест, − какой необычной теорией дальнодействия является волновая теория Шредингера, если хотим сохранить свою приверженность к четырёхмерной теории близкодействия»4.

На примере рассуждений Эренфеста видно, что эффект дальнодействия в квантовых явлениях реализуется в процессе редукции волновой функции, представляющей конфигурационное пространство одной, двух или более микрочастиц. Если конфигурационное пространство образовано всего лишь одной частицей, то эффект дальнодействия сказывается и при измерении параметров одиночной частицы. Это надо понимать так, что редукция волновой функции, соответствующая квантово-механическому измерению, происходит мгновенно, не нуждается в конечном отрезке времени. А если речь идёт о событиях, касающихся двух сцепленных, разнесённых в пространстве, частиц, то эти события совпадают между собой в том смысле, что они происходят одновременно, независимо от того, над какой из двух частиц непосредственно проводится измерение. Здесь нет причинно-следственной связи. К такому выводу, представленному автором в монографии «Проблема физической реальности» (см. с.160−161), впоследствии был добавлен ещё один существенный штрих: редукция волновой функции происходит вне времени, потому что в её основе лежит трансформация времени.

Важнейшее значение при решении поставленной нами проблемы имеет информационный подход к её философскому осмыслению. Поскольку в монографии суть этого подхода изложена слишком кратко (см. с.87−90), целесообразно будет здесь его развернуть и дополнить, осветить под новым углом зрения − со стороны термодинамической характеристики времени.

Начнём с указания на тот факт, что редукция волновой функции сопровождается необратимым процессом, т. е. процессом, при котором происходит изменение энтропии,

на что специально обращали внимание и на чём настаивали Н. Бор и В. Паули в своей переписке5. Но обсуждение вопроса у них не вышло за пределы термодинамических понятий, Поэтому они пришли только к тому выводу, что всякое изменение энтропии, в случае наблюдения, можно «свести к величине порядка k»6 (k − константа Больцмана). А вот Л. Бриллюэн показал, при каких обстоятельствах изменение энтропии, будь то её увеличение или уменьшение, позволяет получать информацию. Он связал в единый узел информацию, энтропию и эктропию, или негэнтропию. Его статья «Теория информации и её приложение к фундаментальным проблемам физики», опубликованная в сборнике «Развитие современной физики»7, сыграла немалую роль в плане усовершенствования представлений о физической реальности.

Бриллюэн сформулировал закон, названный им «принципом негэнтропии информации», согласно которому физическое наблюдение даёт определённое количество информации. Его можно точно измерить и сопоставить с неизбежным увеличением энтропии в измерительном устройстве при проведении измерений8. Если энтропию и информацию выражать в одних и тех же единицах (в единицах энтропии), то указанный принцип приобретёт формальное выражение: количество полученной информации всегда оказывается не большим, чем прирост энтропии. Можно сказать, писал Бриллюэн, что наблюдение является необратимым процессом, неизбежно связанным с возрастанием энтропии в измерительной аппаратуре: за полученную информацию приходится расплачиваться негэнтропией. «Как заметил Габор, «никогда нельзя получить что-либо даром, даже информацию». Это замечание имеет далеко идущие выводы…»9.