Читать книгу "Квант - Манжит Кумар"

Бом пробыл в Бразилии всего несколько недель, когда американское посольство, боясь, что его конечным пунктом назначения станет Советский Союз, конфисковало его паспорт. Документ ему вернули, но годился он только для поездок в Соединенные Штаты. Опасаясь, что в “ссылке” он окажется оторванным от международного научного сообщества, Бом принял бразильское гражданство. Это позволяло обойти запрет американского правительства. Тем временем в Соединенных Штатах перед комиссией предстал Оппенгеймер. Давление на него возросло, когда выяснилось что физик Клаус Фукс, которого он пригласил для работы над атомной бомбой, — советский шпион. Эйнштейн посоветовал Оппенгеймеру явиться на заседание комиссии, сказать им, что все они дураки, а затем вернуться домой. Оппенгеймер ничего такого не сделал, но на следующих слушаниях весной 1954 года допуск к секретным работам у него отобрали.

Бом покинул Бразилию в 1955 году и провел два года в Израильском технологическом институте (Технионе) в Хайфе. Затем он переехал в Англию. После четырех лет в Бристольском университете, в 1961 году, Бом перебрался в Лондон, где и остался навсегда, получив место профессора теоретической физики в колледже Биркбек. Во время беспокойного пребывания в Принстоне Бом главным образом занимался вопросами, связанными с изучением структуры и интерпретации квантовой механики. В феврале 1951 года вышла в свет его “Квантовая механика” — один из первых учебников, в котором подробно обсуждались разные интерпретации этой теории и мысленный эксперимент Эйнштейна, Подольского и Розена (ЭПР).

В мысленном эксперименте ЭПР участвуют две связанные частицы — А и В, находящиеся так далеко друг от друга, что никакое физическое взаимодействие между ними невозможно. Тогда, как утверждали ЭПР, измерение, произведенное над частицей А, никак не может внести возмущение в физическое состояние частицы В. Поскольку измерение проводится только над одной частицей, ЭПР считали, что так они могут отразить контратаку Бора, утверждавшего, что акт измерения приводит к “возмущению физического состояния”. ЭПР были убеждены, что, поскольку свойства двух частиц взаимосвязаны, то, измеряя свойство частицы А, например ее координату, можно определить соответствующее свойство частицы В, не возмущая ее состояние. Они хотели показать, что данное свойство есть у частицы В независимо от того, производится ли над ней измерение, а поскольку квантовая механика этого описать не может, она, следовательно, неполна. Бор же возражал (правда, ему никогда не удавалось сделать это достаточно лаконично), что эти две частицы смешаны и образуют единую систему, независимо оттого, насколько далеко они разнесены. Поэтому если измеряется свойство одной частицы, то измерение производится и над другой.

“Если справедливость их [ЭПР] точки зрения будет доказана, — писал в своей книге Бом, — то станет необходимым поиск более полной теории, может быть содержащей нечто вроде скрытых параметров. В рамках этой теории современная квантовая механика будет всего лишь предельным случаем”6. При этом, по мнению Бома, “квантовая теория несовместима с предположением о существовании скрытых, выражающих причинно-следственную связь, параметрах”7. Изначально Бом смотрел на квантовую механику с общепринятой копенгагенской точки зрения. Однако в процессе написания книги он понял, что не удовлетворен интерпретацией Бора, хотя и соглашался с теми, кто отказывался принимать аргументацию ЭПР как “необоснованную, строящуюся на предположении о природе материи, изначально неявно противоречащем основам квантовой теории”8.

Утонченность мысленного эксперимента ЭПР и показавшиеся Бому разумными предположения, на которых он основывался, заставили его усомниться в справедливости копенгагенской интерпретации. Для молодого физика это был смелый шаг. Его современники создавали себе имя, решая квантовомеханические задачи, и мало кто был готов рискнуть карьерой, пытаясь раздуть угли угасающего костра. Но Бому, получившему черную метку после вызова на Комиссию по расследованию антиамериканской деятельности и отстраненному от работы в Принстоне, терять было нечего.

Бом послал экземпляр своей “Квантовой механики” Эйнштейну и обсудил с самым известным жителем Принстона возникшие вопросы. Желание Бома подробнее разобраться в копенгагенской интерпретации было одобрено, и Бом написал две статьи, вышедшие из печати в январе 1952 года. В первой статье была благодарность Эйнштейну за “интересные и плодотворные дискуссии”9. К этому времени Бом уже находился в Бразилии, но работы были написаны и посланы в “Физикал ревю” в июле 1951 года, ровно через четыре месяца после выхода его книги. Обращение Бома напоминало обращение св. Павла, но случилось оно по дороге в Копенгаген, а не в Дамаск.

В своих работах Бом изложил основную идею альтернативной интерпретации квантовой теории. Он утверждал, что “даже возможность существования такой интерпретации доказывает, что нет необходимости отказываться от точного, рационального и объективного описания отдельных систем на квантовом уровне точности”10. Теория Бома, воспроизводившая все предсказания квантовой механики, была математически более изощренной и логически согласованной версией модели пилотной волны де Бройля, от которой французский герцог отказался уже в 1927 году после критики на Сольвеевском конгрессе.

Если в квантовой механике волновая функция — абстрактная волна вероятности, в теории пилотной волны это реальная, физическая волна, управляющая частицами. Точно так же, как океанское течение уносит пловца или лодку, пилотная волна создает ток, ответственный за движение частицы. Частица обладает определенной траекторией, задаваемой точными значениями координат и скорости, которые частица имеет в каждый данный момент времени, но принцип неопределенности, не давая экспериментатору выполнить измерения, “скрывает” их.

После того как Белл прочитал две статьи Бома, он “увидел: невозможное сделано”11. До того он, как и почти все, думал, что альтернативная копенгагенской интерпретация Бома уже была отвергнута как несостоятельная. Он спрашивал: “Почему о пилотной волне ничего не говорится в учебниках? Почему бы не изучать эту теорию — не как единственно возможную, а как противоядие от господствующей самоуспокоенности? Может, это позволит показать, что неопределенность, субъективизм и индетерминизм не навязаны нам экспериментом, а являются результатом сознательного выбора теории?”12 В какой-то степени ответ на этот вопрос связан с легендарным математиком Джоном фон Нейманом, родом из Венгрии.

Старший из трех сыновей еврейского банкира был математиком-вундеркиндом. Свою первую статью он опубликовал в восемнадцать лет. Тогда фон Нейман был студентом Будапештского университета, но основное время проводил в университетах Берлина и Геттингена, возвращаясь на родину только для сдачи экзаменов. В 1923 году Джон поступил в Высшую техническую школу в Цюрихе, где изучал химическое машиностроение. Сделал он это по настоянию отца, хотевшего, чтобы сын мог опереться на что-нибудь более существенное, чем математика. Закончив Высшую техническую школу и получив в ускоренном порядке степень доктора в Будапеште, двадцатитрехлетний фон Нейман в 1927 году стал самым молодым за всю историю Берлинского университета приват-доцентом. Тремя годами позднее он начал преподавать в Принстоне, а в 1933 году, как и Эйнштейн, фон Нейман стал профессором в Институте перспективных исследований (там он работал до своей смерти).