Уолтер Айзексон - Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная

Эйнштейн и Шредингер пошли вместе другим путем. Свои вопросы к квантовой механике они не связывали непосредственно с проблемой локальности или разъединения. Они решили обсудить, что происходит, когда некое событие квантового мира, в котором участвуют субатомные частицы, влияет на объекты макромира, те, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни.

В мире квантов местонахождение такой частицы, как электрон, в заданный момент времени не определено. Однако некая математическая функция, известная как волновая функция, описывает вероятность обнаружить частицу в данном месте. Эти же волновые функции описывают и квантовые состояния. Например, с какой вероятностью произойдет распад атома, за которым ведется наблюдение. В 1925 году Шредингер предложил свое знаменитое уравнение, описывающее распространение подобных волн во всем пространстве. Это уравнение определяет, с какой вероятностью при наблюдении мы обнаружим частицу в определенном месте или в определенном состоянии 18.

Согласно копенгагенской интерпретации, предложенной Нильсом Бором и его соратниками – первооткрывателями квантовой механики, до того как произведено наблюдение, реальность координаты или состояния частицы определяется только этими вероятностями. Измерение или наблюдение за системой является причиной коллапса волновой функции, и, как моментальный снимок, выхватывается одно определенное значение координаты или одно состояние.

В письме Шредингеру Эйнштейн описывает мысленный эксперимент, показывающий, почему все эти дискуссии о волновых функциях и вероятностях, о частицах, у которых нет определенной координаты до тех пор, пока на нее не смотрят, с его точки зрения, не выдерживают испытания на полноту. Представьте себе, говорит он, два ящика, в одном из которых, как мы знаем, есть мяч. Когда мы только готовимся заглянуть в один из ящиков, вероятность 50 %, что мяч мы там обнаружим. После того как мы заглянули в данный ящик, вероятность увидеть там мяч равна либо 100 %, либо нулю. Но в реальности мяч все время был в одном из ящиков. Эйнштейн пишет:

Я описываю положение дел так: с вероятностью 1/2 мяч находится в первом ящике. Является ли это полным описанием? Нет. Полное утверждение состоит в следующем: мяч есть (или его нет) в первом ящике. Так подобная ситуация должна характеризоваться при полном описании. Да, прежде чем я ящики открыл, мяч, вне всякого сомнения, находится в одном из них. То, что он находится в определенном ящике, выясняется только после того, как я поднял крышку 19.

Эйнштейн явно предпочитал отрицательный ответ, что указывает на его приверженность реализму. Он чувствовал, что в положительном ответе, а именно такое объяснение предоставляет квантовая механика, есть нечто незавершенное.

Доводы Эйнштейна основываются на том, что представляется здравым смыслом. Однако бывает, что кажущееся разумным не приводит к правильному описанию природы. Строя теорию относительности, Эйнштейн осознавал это. Тогда, игнорируя общепринятые представления, он заставил нас изменить свой взгляд на природу. Квантовая механика сделала нечто похожее. Она провозгласила, что частица не находится в определенном состоянии, за исключением того момента, когда ее наблюдают. Две частицы могут находиться в перепутанном состоянии, таком, что наблюдение, выполненное над одной из них, мгновенно определяет и свойства другой. Как только наблюдение произведено, система оказывается в определенном состоянии 20.

Эйнштейн никогда не признавал, что это и есть полное описание реальности. Через несколько недель, в начале августа 1935 года, он предложил Шредингеру еще один похожий мысленный эксперимент. В нем обсуждалась ситуация, в которой квантовая механика могла предоставить только вероятности, хотя здравый смысл с очевидностью указывал на то, что стоящая за ней реальность достоверно существует. Представьте себе, говорил Эйнштейн, бочонок с порохом, в котором из-за нестабильности одной из частиц в какой-то момент произойдет взрыв. В применении к этой системе уравнения квантовой механики “описывают своего рода смесь из еще не и уже взорвавшихся систем”. Но это не соответствует “реальному положению дел, – говорит Эйнштейн, – поскольку на самом деле нет промежуточного состояния между уже взорвавшимся и невзорвавшимся бочонком” 21.

Шредингер предложил сходный мысленный эксперимент, чтобы указать на странность, свойственную взаимодействию неопределенности квантового мира с нашим привычным миром больших тел. Он использовал не бочонок с порохом, а ставшее впоследствии знаменитым вымышленное животное семейства кошачьих. “В пространном эссе, которое я только что написал, приводится пример, очень похожий на ваш взрывающийся пороховой бочонок”, – сообщает он Эйнштейну 22.