Роберт П. Кріз та Джино Елія Цікаво, чи була б присуджена цьогорічна Нобелівська премія, якби нікого не хвилювала реальність
Філософи науки були заінтриговані цього року Нобелівська премія з фізики. Це тому, що Ален Аспект, Джон Клаузер і Антон Зейлінгер отримали визнання за розробку та виконання різноманітних геніальних експериментів для демонстрації заплутаних частинок. Для філософів ця робота є захоплюючою, оскільки в її основі лежить проблема розуміння того, що таке квантова механіка.
Ця проблема існує стільки ж часу, скільки сама тема, з обома Нільс Бор та Альберт Ейнштейн обговорюючи наслідки різних уявних експериментів ще в 1927 році. Для Бора експерименти показали, що формалізм квантової механіки, яким би дивним він не був, відображає світ таким, яким він є насправді. Для Ейнштейна вони показали, що квантова механіка має НЕ відобразити світ таким, яким він є насправді – і тому не має справжнього значення.
Аргументи Ейнштейна завершилися відомим Папір «ЕПР». що він написав у 1935 році з Борисом Подольським і Натаном Розеном, який нібито довів, що квантова механіка не може відобразити реальність (Фізичний огляд 47 777). Стаття EPR є унікальною серед робіт з фізики тим, що вона починається зі спроби визначити реальність. «Достатньою умовою реальності фізичної величини, — заявили автори, — є можливість передбачити її з упевненістю, не порушуючи систему».
Якщо Джона Белла розчарували фізики, які апатично ставилися до значення квантової механіки, то ще більше його дратували фізики, які шанобливо ставилися до Нільса Бора.
Стаття також важлива тим, що до «реальності» вперше в сучасній науці підійшли як до гіпотези, яку можна перевірити. Невизначеність реальності виникла з чого Ервін Шредінгер, у листі до Ейнштейна після EPR 1935 року, дубл «заплутаність» – або умова, що квантовий стан однієї частинки в системі не може бути визначений незалежно від усіх інших. Ейнштейн і Шредінгер вважали це злочином і були шоковані тим, що їхні колеги не були шоковані більше.
Отримання реальних
Один фізик, який дбав про злочин, був Джон Стюарт Белл. Народившись у 1928 році після того, як Бор і Ейнштейн вже почали свої дебати, він не сумнівався, що квантова механіка підходить для всіх практичних цілей. Проте Белл відчув, що і стаття ЕПР, і плутана відповідь Бора обходять фундаментальну проблему, яка не мала нічого спільного ні з технічною ефективністю квантової фізики, ні з її точністю як теорії.
Якщо Белла розчарували фізики, які апатично ставилися до значення квантової механіки, то ще більше його дратували фізики, які шанобливо ставилися до Бора. Багато хто вважав, що він успішно протистояв запереченням Ейнштейна і заклав фундаментальні проблеми – якимось чином – у «Копенгагенська інтерпретація». Концептуально розпливчаста, ця інтерпретація включає в себе щось хвилеподібне (або математичне, або реальне), що руйнується якимось невідомим чином у щось схоже на частинку.
У 1960 році на конференції в CERN Белл несподівано опинився в ліфті з Бором і спробував набратися сміливості, щоб розповісти 75-річному старому фізику, наскільки помилковою та безвідповідальною була його інтерпретація квантової механіки. На жаль, у Белла здали нерви. Насправді він дивувався, скільки його колег робили те саме.
Потім, у 1964 році, Белл розробив творчий уявний експеримент, який, якщо його провести насправді, показав би, чи сплутаність викликана локальними «прихованими змінними» — властивостями, які існують до вимірювання. Спочатку Белл вважав, що Ейнштейн був правий, що приховані змінні будуть відповіддю на проблеми з квантовою механікою, і що він може показати, що Бор помилявся. Але Белл усе більше бачив, що не може.
Якщо Ейнштейн перетворив реальність на гіпотезу, яку можна перевірити, Белл також зробив щось нове, показавши, що припущення Ейнштейна про вже існуючі змінні також можна перевірити (Фізика 1 195). Для філософів стаття Белла є захоплюючою тим, що в ній ретельно досліджено обґрунтованість того, що Ейнштейн сприймав як належне; воно запитало, як насправді виглядає мікроскопічний світ, і довідалося про наслідки цієї картини. Те, що Ейнштейн концептуально вважав само собою зрозумілим – існування певних властивостей частинок до вимірювання – тепер можна було оцінити.
Джон Белл і найглибше відкриття науки
Більше того, стаття показала, що Бор не дав зрозуміти, чому існування заплутаності повинно виключати ці властивості, що існували раніше. Іншими словами, стаття Белла поставила експериментаторам ціль, про яку не враховували ні Ейнштейн, ні Бор. Ця робота почалася в 1972 році, коли Клаузер разом із покійним Стюартом Фрідманом провів «тест Белла», який запропонував перші вагомі докази проти локальних прихованих змінних. Аспект продовжив цю роботу пізніше.
Що стосується Zeilinger, він (на відміну від Белла) довго сприймав квантово-механічний опис, розроблений Бором. У 1989 році, за рік до смерті Белла, він і його команда продемонстрували заплутаність трьох частинок, усунувши потребу в нерівності Белла одним вимірюванням. Відтоді Zeilinger закрив все більше й більше потенційних лазівок до теорій локальних прихованих змінних, розробляючи все більш складні експерименти з заплутаністю.
Критична точка
Філософська чутливість і фізична тонкість Белла заслужили його квазіміфічний статус серед рефлексивних фізиків і вдумливих філософів науки. Його повторне залучення до загадки заплутаності було викликано філософськими занепокоєннями, які залишилися без відповіді фізиками, які сперечалися за статтю EPR. Белл міг сформулювати свої сумніви щодо значення квантової механіки так, щоб це було привабливим для фізиків, висвітлюючи концептуальні відмінності за допомогою химерних і грайливих уявних експериментів.
Але чому не науково чутливі філософи були першими на місці злочину? Чому вони не визнали виклик EPR і не накинулися? Частина відповіді, безсумнівно, полягає в тому, що вони не мають технічної підготовки. Інша – це обмеження навчального дисциплінарного життя. Тим не менш, багата філософська концептуалізація Белла та геніальна метафізична уява повинні бути більшою мірою складовою не лише основної течії теоретичної фізики, але й філософії.
Фізик Девід Мермін якось згадав а зустріч у 1989 році коли Белл буквально кричав на колегу-фізика, намагаючись згуртувати своїх колег, щоб вони не дозволили їхній уяві атрофуватися в тіні загальноприйнятої думки. Цьогорічна Нобелівська премія підкреслює сміливість і відкритість фізиків, які кинули виклик концептуальним рамкам, закладеним у їхніх рівняннях, і показали, що принаймні філософські питання про фізику часто можна зробити фізично перевіреними та суворими.
Роберт П. Кріз (клацніть посилання нижче, щоб переглянути повну біографію) є завідувачем кафедри філософії Університету Стоні Брук, США, і Джино Елія є докторантом з філософії в Університеті Стоуні Брук
