Скрытые переменные и невидимый мир
Как я упоминал выше, Эйнштейну не нравилась Копенгагенская Интерпретация. Его спор с Бором по этому вопросу продолжался более двадцати лет, заполнив страницы многих научных журналов; по его окончании большинство физиков признали победу Бора. Тем не менее некоторые аргументы Эйнштейна продолжают беспокоить сообщество физиков и малочисленное меньшинство продолжает сомневаться: а не был ли отец теории относительности в чем-то прав?
Излюбленная линия критики Эйнштейна основывалась на его заявлении, что квантовая механика в существовавшем тогда (и все еще существующем сейчас) виде может и не являться «законченной теорией» субатомного мира. Это означает, что Неопределенность квантовых уравнений — как бы полезны они ни были в привычных технологиях — оставляет вероятностную дыру, через которую однажды может войти новая квантовая теория.
Другими словами, тот факт, что мы пока не можем избавиться от Неопределенности, не обязательно свидетельствует об ограниченных возможностях научного метода (как утверждал Бор) или об ограниченных возможностях научного метода и человеческой нервной системы (как утверждаю я). Неопределенность может попросту свидетельствовать о «незавершенности» квантовой механики.
В конце концов аргумент Эйнштейна вырос в гипотезу о существовании «скрытой переменной». Предположим, что однажды мы обнаружим переменные, на сегодня неизвестные, которые объяснят «коллапс» вектора состояния. Есяи это случится, Копенгагенская Интерпретация станет историей — вместе с трехзначной логикой фон Неймана, моделью множественных миров и уродливым потомством Кота Шрёдингера и Друга Вигнера.
Царство скрытых переменных — невидимый, субквантовый «мир» — если мы когда-либо сможем изучить его в лаборатории, — объяснит нам, каким образом вектор состояния «коллапсирует» от вероятности до измерения к определенности после измерения. Тогда мы сможем сказать, что это сделали скрытые переменные, а не сам акт измерения или сообщение о нем, как в аргументе Вигнера. «Здравый смысл» и, может быть, даже аристотелевская логика смогут восстать из могил, куда физики отправили их в двадцатых годах.
К сожалению, в модели скрытых переменных можно указать два основных недостатка.
Во-первых, теории скрытых переменных, по мнению современных ученых, «фальшиво звучат» и даже фальшиво пахнут. Они предполагают существование аристотелевских «сущностей», платоновских «глубоких реальностей«и других метафизических единиц-»призраков». У некоторых ученых они даже вызывают ассоциации с пресловутой «скрытой сущностью Христа», которая, по утверждению католиков, содержится в том, что нашим чувствам и инструментам кажется всего лишь кусочком пресного хлеба. Короче говоря, от этих теорий исходит явно средневековое зловоние.
С более технической точки зрения, это возражение состоит в том, что скрытые переменные все еще остаются неопределенными и, похоже, могут остаться таковыми навсегда, превратившись, таким образом, в «бессмыслицу» или «шум». Независимо от числа неудавшихся экспериментов по обнаружению скрытых переменных, непреклонные защитники этих призраков могут заявлять, что «до сих пор мы искали не там, где надо». Этот путь ведет к нескончаемым философским дебатам, а не к научным действиям.
Второй аргумент против теории скрытых переменных кажется еще более весомым. На протяжении 90 лет физики использовали квантовую теорию в той или иной форме, на протяжении 70 лет — в ее (предположительно) законченной форме, и за это время не нашли ровным счетом ни одного доказательства существования скрытых переменных.
Эти доводы убедили физиков, или преобладающее большинство из них, отправить скрытые переменные, вместе с католическими «сущностями», флогистоном* и теориями светящегося эфира и «Естественного Закона» (в моральном или политическом смысле). Научное сообщество решило, что может обойтись без подобных призраков.
* Флогистон (от греч. phlogistos — «воспламеняемый, горючий»). По представлениям физиков конца XVII — начала XVIII вв., «начало горючести», гипотетическая невидимая составная часть веществ, улетучивающаяся при горении и обжиге.
Или так, по крайней мере, казалось, пока доктор Бом не предложил новый тест для теоремы Белла, а доктор Эспект из Орсе не провел этот тест несколько раз.
Получается, что у нас под рукой может быть более «полная» квантовая теория, включающая скрытые переменные. На данном этапе, тем не менее, это вовсе не означает, что мы нашли «глубокую реальность«и можем выбросить на помойку Копенгагенскую Интерпретацию. Это попросту говорит о том, что у нас появилась еще одна, новая модель, что представляет для большинства физиков еще один аргумент в пользу «модельного агностицизма», или зететицизма.
Давайте рассмотрим эту модель подробнее:
Все — ну ладно, пусть почти все: в квантовой механике всегда находятся еретики, — почти все соглашаются, что эксперименты Эспекта ясно продемонстрировали существование нелокальной корреляции.
Некоторые заявляют, что эти эксперименты также проявили некую скрытую переменную. Другие энергично это отрицают. Джон Гриббин, редактор раздела физики журнала «Нью сайентист», заявляет, что эксперименты Эспекта не только не доказали теории скрытой переменной, но и раз и навсегда их опровергли.
Очевидно, здесь мы вступаем в область, где лучшие из физиков начинают с трудом понимать слова друг друга и смысл ведущихся ими дебатов. Проблема, по-видимому, заключаетсяв различных концепциях понятия скрытой переменной. Представления доктора Бома — человека, спланировавшего эксперименты доктора Эспекта, — отличаются от представлений Эйнштейна и других основателей теории скрытой переменной. С точки зрения Бома, эксперименты Эспекта ослабили позиции идеи локальных скрытых переменных, но поддержали концепцию нелокальных скрытых переменных.
Что же все-таки мы подразумеваем под нелокальной скрытой переменной?
Как объяснялось в предыдущем разделе, нелокальные корреляции трансцендируют причинно-следственные связи, а также ниспровергают наши традиционные представления о «пространстве» и «времени». Если говорят, что две «частицы» — или два «события», или два чего-то-там-еще —имеют нелокальную корреляцию, в современной квантовой теории это значит, что связь между ними будет сохраняться в отсутствие между ними сигналов, полей, механических сил, энергии и любых других «причин».
В экспериментах Эспекта, например, фотоны на двух концах экспериментального прибора сохраняли корреляцию Белла в каждом измерении, несмотря на то что специальные переключатели позволяли производить измерение только в последние 10 наносекунд (10~8) эксперимента. Свету, для того чтобы пройти от одного фотона к другому, потребовалось бы 20 наносекунд, а — как вам уже, наверное, известно — ни один известный в физике вид энергии не может перемешаться со скоростью большей, чем скорость света. Другими словами, ни один вид физической энергии не мог бы передать сигнал от одного фотона к другому и образовать связь, которая позволила бы нам принять «причинное» объяснение этого явления.
Таким образом, локальные скрытые переменные не могут иметь к этому отношения. Следовательно, одна из форм теории скрытой переменной уже определенно не может быть привлечена для объяснения этой «корреляции без связи». Это в корне «опровергает» теории локальной скрытой переменной, но еще раз подтверждает, что квантовые эксперименты не обнаруживают ни одного «пробела», который можно было бы заполнить принятием идеи локальной скрытой переменной.
Однако идея нелокальной скрытой переменной могла бы объяснить результаты экспериментов Эспекта и нескольких других физиков, проведенных с момента опубликования Беллом его теоремы, которые свидетельствуют о том, что нелокальные корреляции так же четко проявляются в лаборатории (экспериментально), как и в уравнениях (теоретически).
Но у нас до сих пор нет более или менее ясного представления о нелокальной скрытой переменной, не так ли?
Доктор Бом, занявшийся исследованием нелокальности в 1952 году, за эти годы разработал математическую модель нелокальных скрытых переменных и — что еще прекраснее — даже нашел способ описать все это на вполне приемлемом английском языке. (Этот язык своеобразен: Бом превращает множество статических существительных в динамические глаголы. Мне кажется, я могу достичь того же эффекта, просто продолжая избегать статического идентификационного «является».) О модели Бома вы можете прочитать в его книге «Целостность и подразумеваемый порядок» (1983).
Доктор Бом постулирует явный (explicate), или развернутый порядок (он использует оба слова), который образует четырехмерный континуум, известный пост-эйнштейновской науке. Этот порядок, который мы обычно называем видимым миром, он называет явным или развернутым, так как он размещается в пространстве-времени — каждая его часть имеет место, то есть определенное положение в пространстве и во времени.
Этот явный порядок грубо соответствует аппаратному обеспечению компьютера или нашему головному мозгу. (Нейролог доктор Карл Прибрэм с помощью модели Бома даже объясняет некоторые загадки функционирования головного мозга.)
Далее доктор Бом постулирует подразумеваемый (implicate), или свернутый порядок (он использует оба слова), который и «проницает», и трансцендирует четырехмерную явную вселенную Эйнштейна. Этот порядок он называет подразумеваемым илисвернутым, так как он не размещается в пространстве-времени — ни одна его часть не имеет положения. Его невозможно обнаружить только в данной точке пространства — он в любом месте и везде; его нельзя локализовать только в данной точке времени — он в любом времени и всегда. (Только явные результаты этого порядка обладают локальностью. Он сам остается нелокальным.)
Этот подразумеваемый порядок соответствует программному обеспечению наших компьютеров — и нашего головного мозга, согласно доктору Прибрэму.
На явно-развернутом уровне все обладает локальностью и кажется случайным (пока не изучены мельчайшие, квантовые части); на подразумеваемо-свернутом уровне все обладает нелокальностью и кажется неслучайным.
Нам удалось наблюдать нелокальность только в форме ее результатов, то есть нелокальных корреляций на явно-развернутом (пространственно-временном) уровне — с тех пор, как Белл положил начало ее поискам, — так как этот развернутый уровень выступает продолжением в пространстве-времени всегда нелокального и не-пространственно-временного подразумеваемого порядка. Другими словами, некий субквантовый мир, напоминающий «глубокую реальность«, отвергнутую Нильсом Бором, существует, но мы не можем наблюдать или ощущать его; в то же время мы не можем называть его «призраком» или «бессмысленной концепцией», так как наблюдаем его эффекты в виде нелокальных корреляций, которые по-другому совершенно необъяснимы.
Тем не менее этот подразумеваемый порядок в качестве научной модели не соответствует в точности классической «глубокой реальности«в аристотелевском смысле, так как является лишь одной моделью среди многих. Бом, отец этой модели, не утверждает, что она является «единственно верной», или «конечной», или чем-то еще в этом же роде.
Если сравнения с компьютером и головным мозгом недостаточно прояснили для читателя понятие «подразумеваемого порядка», предлагаю иную модель: исполнение Девятой симфонии Бетховена обладает всеми характеристиками аппаратного обеспечения или явного порядка. Вы можете довольноточно локализовать его в пространстве-времени — скажем, девять часов вечера в Старой Опере — и, если эти пространственно-временные координаты будут перепутаны, вы пропустите это событие.
Но «Девятая симфония» Бетховена также имеет подразумеваемое, свернутое существование — как программное обеспечение, которое не соответствует подразумеваемому порядку доктора Бома в точности, но приближается к нему. Если бы на каждой нотной записи симфонии можно было проставить дату и местоположение — «Этот экземпляр найден в летнем доме Ленни Бернстайна в субботу 23 ноября» и т.п., — некоторые аспекты «Девятой» все равно остались бы нелокальными, так как мы не могли бы назвать точное число голов, в которых она содержится целиком или частично.
В фантастической повести Рэя Брэдбери «451 по Фаренгейту» тоталитарный режим сжигает все книги, но этим уничтожается только их локальное «аппаратное обеспечение». Группа подпольщиков заучила наизусть все классические произведения и постоянно делится своими знаниями с другими людьми, которые, в свою очередь, передают их кому-то еще и т.д. Таким образом эти книги становятся частично нелокальными и недоступными «пожарникам». (Многие из нас подобным образом сохранили в памяти комедийные номера Джорджа Карлина — не из параноидального страха, что наше общество ожидает подобный тоталитарный режим, а просто потому, что мы очень часто просматривали его видеозаписи.)
Эти музыкально-сценические аналогии призваны помочь читателю разобраться с нелокальностью. Но истинная бомовская нелокальность продолжалась бы, даже если бы все мы перестали существовать.
В качестве приближения к мыслимой модели нелокальности можно принять телевидение. Как часто скорбно замечают циники, телевизионные шоу пятидесятых годов до сих пор путешествуют в пространстве-времени («эфире»), и обитатели солнечных систем, удаленных от нас на сорок с лишним световых лет, систем, которые нам даже не видны, могут начать принимать на свои телевизионные антенны шоу Эда Салливэна, Милтона Берли и новости эпохи Маккарти. Вот будет смешно, если они попытаются понять нас на основе этих сигналов!
Таким образом, Милтон Берли приобрел нечто вроде нелокальности.
Другая аналогия, не относящаяся к локальности или нелокальности, по меньшей мере помогает прояснить понятия «подразумеваемого» и «явного». Я звоню вам по телефону. Слова возникают из моих губ в качестве явных или развернутых звуковых волн. Микрофон в моем телефоне преобразовывает их в подразумеваемые или свернутые волны — электрические заряды. Динамик в вашем телефоне принимает эти заряды и «разворачивает» их так, чтобы они снова стали явными звуковыми волнами и вы могли «меня» слышать.
Еще аналогия. Один из моих друзей в Нью-Йорке посылает мне какую-то информацию на магнитном диске. Я вставляю это свернутое сообщение в свой компьютер, и оно, уже в развернутом виде, появляется на мониторе, оказываясь новой компьютерной игрой.
Следствия этой модели «подразумеваемое — явное» — еще более странные, чем могло бы показаться на первый взгляд. Так же, например, как Относительность Эйнштейна упразднила дихотомию «пространства» и «времени», а современная психосоматическая медицина избавляется от разделения «души» и «тела», модель Бома подрывает традиционный дуализм «сознания» и «материи».
В нелокальном свернутом порядке информация не может обладать локальностью, но «проницает» и (или) «трансцендирует» все локальности. Выражение «информация, не обладающая локальностью» во многом напоминает индуистское понятие Брахмана, китайскую концепцию Дао, «Большой Ум» Олдоса Хаксли и «Сознание Будды» буддизма махаяны. Любая из этих концепций должна подразумевать информацию без локальности (если признать, что они вообще хоть что-то подразумевают).
«Сознание Будды — это не "Бог"«, — постоянно объясняют буддисты, а западные люди лишь моргают в ответ, не в состоянии понять религию без «Бога». Но Брахман в индуизме также не имеет ни личности, ни локальности, ни характера (илирода) западных «богов» и, подобно «Сознанию Будды», является неким нелокальным подразумеваемым порядком, информацией без локальности, если это вообще что-то значит.
Бом, в отличие от других, избежал рассмотрения параллелей между своими математическими решениями и древним восточным мистицизмом. Доктор Капра в книге «Дао физики» принимает бомовскую нелокальную модель квантовой теории в качестве «истинной» (не обращая внимания на физиков, предпочитающих модель ЭУГ или копенгагенизм) и совершенно правильно указывает, что (если принять эту модель в качестве «единственно верной квантовой модели») квантовая теория утверждает то же, что всегда утверждал даосизм.
Действительно, известный парадокс Лао-цзы «Величайшее находится в мельчайшем» начинает приобретать смысл для западного человека только после того, как он поймет значение понятия «нелокальная информация» в современной физике.
Доктор Эван Гаррис Уокер идет дальше. В своей работе «Квантовый антрополог» (1975) доктор Уокер — кстати, физик, а не антрополог — развивает нео-бомовскую модель скрытой переменной, в которой «сознание» вообще не обладает локальностью и кажется нам локализованным ввиду ошибок нашего восприятия. В этой модели наш «разум» не находится в нашем головном мозге, а нелокально проницает-трансцендирует пространство-время в целом. Наш мозг, таким образом, просто «настраивает» это нелокальное сознание (что звучит уже совсем в духе хакслиевского «Большого Ума»).
Доктор Уокер приводит математическую модель этого нелокального «Я» и с ее помощью предсказывает частоту проявления предполагаемого психокинеза парапсихологов. Его результаты совпадают с результатами тех, у кого наиболее успешно получаются опыты с психокинезом. Другими словами, если люди показывают хорошие результаты в «управлении» бросаемой игральной костью (то есть шестерка у них выпадает чаще, чем положено по законам вероятности), — они превышают вероятность в среднем как раз настолько, насколько это позволяет модель нелокальной скрытой переменной.
(Более подробно узнать о модели Уокера и ее связи с парапсихологией вы сможете либо непосредственно из его работы, либо из моей книги «Новая инквизиция».)
