Бом и взаимосвязь явлений микромира

Один из аспектов квантовой реальности, вызвавший особый интерес Бома, заключался в странной взаимосвязи, существующей между, казалось бы, несвязанными событиями на внутриатомном уровне. Удивительным было также безразличие большинства физиков к этому явлению; вследствие такого безразличия один из самых известных примеров взаимосвязи оставался скрытым в течение ряда лет, пока его не обнаружили.

Предположение о такой связи было сделано одним из отцов-основателей квантовой физики Нильсом Бором. Бор указал на то, что если элементарные частицы существуют только в присутствии наблюдателя, тогда бессмысленно говорить о существовании, свойствах и характеристиках частиц до их наблюдения. Это вызвало ропот у многих физиков, поскольку наука в значительной степени основывалась на свойствах явлений «объективного мира». Но если теперь оказалось, что свойства материи зависят от самого акта наблюдения, то что ожидало впереди всю науку? Эйнштейн был встревожен утверждениями Бора, поскольку играл большую роль в создании основ квантовой механики. Особенно он возражал против той гипотезы Бора, согласно которой свойства частиц отсутствуют, пока они не наблюдаемы, так как в сочетании с другими открытиями квантовой физики это означало бы, что элементарные частицы взаимосвязаны самым невероятным образом. Суть этих открытий заключалась в том, что некоторые внутриатомные процессы приводят к созданию пар частиц, имеющих идентичные или очень близкие свойства. Представьте себе весьма нестабильный атом, который физики называют позитроний. Атом позитрония состоит из электрона и позитрона (позитрон – это электрон с положительным зарядом). Поскольку позитрон является античастицей электрона, эти две частицы в конце концов аннигилируют и распадаются на два кванта света, или «фотона», бегущих в противоположных направлениях (способность одного типа частиц превращаться в другой тип – еще одно любопытное свойство квантового микромира). Согласно квантовой физике, вне зависимости от того, как далеко разбегутся фотоны, при измерении они дают одинаковые углы поляризации, то есть пространственной ориентации волновой формы фотона, исходящей из точки.

В 1935 году Эйнштейн со своими коллегами, Борисом Подольским и Натаном Розеном, опубликовал ставшую впоследствии знаменитой статью под названием «Может ли квантово-механическое описание физической реальности считаться законченным?». В ней авторы объясняли, почему существование таких пар частиц могло служить доказательством ошибки Бора. Они говорили, что две такие частицы, скажем, два фотона, излучаемые с распадом позитрона, могли бы распространяться на значительные расстояния[12]. Затем частицы перехватываются, а их углы поляризации измеряются. Если углы поляризации измеряются в один и тот же момент и оказываются идентичными, как подсказывает квантовая физика, и если Бор прав и такие свойства, как поляризация, не существуют, пока не наблюдаются и не измеряются, то это означает, что каким-то образом два фотона мгновенно устанавливают один и тот же угол поляризации. Проблема состоит в том, что, согласно специальной теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее скорости света, тем более двигаться мгновенно, поскольку это приведет к разрушению барьера времени и откроет дверь различного рода неприемлемым парадоксам. Эйнштейн и его коллеги были уверены, что ни одно из «разумных определений реальности» не может допустить такую связь, превышающую скорость света, и потому Бор ошибался [3]. Их аргументирование известно сейчас как парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, или EPR-парадокс.

После выхода статьи Эйнштейна Бор остался невозмутим. Вместо того чтобы допустить скорость связи фотонов, превышающую скорость света, он предложил другое объяснение. Если элементарные частицы не существуют, пока не наблюдаются, тогда никто не может представлять их в виде независимо существующих «объектов». То есть Эйнштейн основывал свое возражение на ошибочном предположении о независимом существовании пары частиц. На самом деле они были частью неделимой системы, и было бы немыслимо думать о них по-другому.

Со временем большинство физиков приняло сторону Бора и согласилось, что его подход верен. Триумфу Бора способствовали также успешные предсказания его теории относительно поведения частиц, и физики сразу приняли его версию. В то время, когда Эйнштейн и его коллеги выдвинули свой пример о паре частиц, по техническим и другим причинам постановка такого эксперимента была затруднена. Этот эксперимент так и остался в воображении. Хотя Бор привел свой аргумент для того, чтобы противостоять атаке Эйнштейна на квантовую механику, как мы позже увидим, взгляды Бора на неделимость внутриатомных систем имели большое значение для постижения природы реальности. Ирония заключается в том, что провидческие теории Бора были в большой степени проигнорированы, и сулящая революционное открытие идея взаимосвязи субъекта и объекта была отложена в долгий ящик.