5.6. Концепция целостности в квантовой физике. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена

В основе естествознания с момента его возникновения и вплоть до открытия Планка господствовала механисти­ческая концепция целого и части. Принципы неопределен­ности и дополнительности отражают фундаментальную неопределенность явлений природы. Квантовый объект не может быть рассмотрен сам по себе, не обладает индиви­дуальными свойствами, а находится в классически опреде­ленных внешних условиях. Таким образом, в квантовой механике формулируется концепция целостности, отличная от механистической концепции целого и части, ибо объект вне целого и внутри целого не один и тот же; отдельный объект рассматривается лишь в отношении к чему-либо, свои свойства он проявляет лишь по отношению к конк­ретной целостности, чем и определяется статистическая природа его поведения. Говоря словами Н. Бора: «С от­крытием Планком элементарного кванта действия нача­лась новая эпоха в физических науках. Это открытие об-

210

наружило свойственную атомным процессам черту цель­ности, идущую гораздо дальше старой идеи об ограничен­ной делимости материи». Боровская интерпретация кван­товой теории означает, по существу, отказ от классических представлений о частицах как «внеположенных», «себе-тождественных», «индивидуальных».

Микрообъект постоянно чувствует на себе влияние це­лостности, элементом которой он является. Известный физик Поль Ланжевен так высказался по этому поводу: «Мне кажется, что основной причиной всех наших совре­менных трудностей является введение представлений об индивидуальных частицах. Сущность принципа неопреде­ленности заключается именно в утверждении невозможно­сти проследить за движением отдельного электрона, то есть невозможности представить его себе в качестве отдель­ного предмета».

Точка зрения Н. Бора, В. Гейзенберга и их сторонни­ков, названная копенгагенской интерпретацией квантовой механики, конечно, не могла быть воспринята безоговороч­но многими физиками, оставшимися верными идеалу строго детерминированного, причинно-следственного описания движения физических объектов. Так, А. Эйнштейн не при­нял принципиально статистический характер копенгаген­ской интерпретации квантовой теории. В. Гейзенберг вспо­минает о беседах на Сольвеевском конгрессе в Брюсселе, куда по традиции фонда Сольве в 1927 году была пригла­шена группа специалистов по квантовой теории: «Эйн­штейн не хотел допустить принципиальную невозможность познания всех определяющих моментов, необходимых для полной детерминации рассматриваемых процессов. «Гос­подь Бог не играет в кости», — это выражение часто мож­но было услышать от него во время дискуссий. Эйнштейн не мог поэтому примириться с соотношением неопределен­ности и старался придумать эксперименты, в которых эти соотношения уже не имели бы места».

Дискуссия между Бором и Эйнштейном длилась око­ло десяти лет и сыграла очень важную роль в формирова­нии основ квантовой теории. Именно этот спор привел к более глубокому пониманию концепции целостности. Свое содержательное развитие эта концепция получила благо­даря работе трех авторов — А. Эйнштейна, Б. Подольского и Н. Розена «Можно ли считать квантово-механическое

211

описание физической реальности полным?», опубликован­ной в 1935 году. В этой работе формулируется парадокс, на­званный парадоксом Эйнштейна — Подольского — Розе-на (ЭПР-парадокс). Если вся предыдущая полемика меж­ду Бором и Эйнштейном концентрировалась, в основном, вокруг принципа неопределенности (Эйнштейн предлагал пример, опровергающий соотношение неопределенностей, а Бор всегда доказывал ошибочность аргументов Эйнштей­на), то в ЭПР-парадоксе предложена ситуация, приведшая, в конечном счете, вопреки ожиданиям ее авторов, к расши­рению принципа целостности. Ситуация, предлагаемая ав­торами парадокса, состоит в следующем: пусть некоторая частица самопроизвольно распадается на две частицы, ко­торые расходятся на столь большое расстояние друг от друга, что физическое взаимодействие между ними исклю­чается. Тогда, если квантовая механика верна, измерение, произведенное над одной из частиц, должно приводить к однозначному предсказанию соответствующей характери­стики (импульса, момента импульса — в зависимости от типа измерения над первой частицей) другой. Иными сло­вами, не произведя эксперимент над второй частицей, не возмущая ее, на основании квантовой механики должно получаться определенное числовое значение ее характери­стик независимо от акта воздействия. Следует сказать, что в настоящее время ЭПР-парадокс надежно подкреплен экс­периментами. Известно, что Бор дал немедленный ответ на рассуждения авторов парадокса, утверждая, что физическую реальность необходимо трактовать на основе идеи нераз­дельности экспериментальной ситуации, неделимости и целостности квантовых явлений. ЭПР-парадокс для свое­го решения открывает возможность для более полного ис­пользования концепции целостности, не апеллирующей к целостности экспериментальной ситуации. Здесь речь идет уже не о целостности экспериментальной ситуации, а о це­лостности квантовой системы, об особом коррелятивном, взаимосвязанном поведении квантовых объектов. Объек­ты, составлявшие некогда единое целое, разведенные друг от друга на расстояния, исключающие взаимодействия, сохра­няют на себе печать прошлого, и любые изменения одно­го партнера приводят к коррелятивному поведению второ­го. Этот перенос состояния с одной частицы на другую, не­зависимо от того, как далеко друг от друга они находятся,

212

называют квантовой телепортацией. Мир предстает перед нами как единая целостная единица, несводимая к меха­ническому разложению его на составные части. Таким об­разом, в квантовой механике сформировано представление о целостном, неразложимом характере мира, о не сведении его к отдельным элементам. Этот результат, имеющий глу­бокое мировоззренческое значение, является едва ли не са­мой удивительной страницей в истории физики и имеет да­леко идущие перспективы по развитию телепортационных способов передачи информации. XXI век, по всей видимо­сти, станет веком квантовой телепортации.