Квантовая механика и принцип неопределенности

Исаак Ньютон был верующим и о толковании Библии написал больше, чем о математике и физике, но не все его последователи разделяли ту же веру. В начале XIX в. выдающийся французский математик и физик маркиз де Лаплас высказал мнение о том, что природа управляется точными физическими законами (одни из которых известны, а другие еще предстоит открыть), а значит, с необходимостью им подчиняется. Это, как считал Лаплас, относится и к мельчайшим частицам, и к самым удаленным областям Вселенной, и к людям с их мыслительными процессами.

Лаплас утверждал, что после того, как установилась начальная конфигурация Вселенной, все дальнейшие события, в том числе те, в которых участвуют люди, необратимым образом заданы.

Эта крайняя форма научного детерминизма, очевидно, не оставляла места ни для Бога (кроме как в самом начале), ни для свободной воли, что вызвало серьезный переполох и среди ученых, и среди богословов. (Знаменитый ответ Лапласа на вопрос Наполеона о Боге: «Я не нуждался в этой гипотезе».)

Век спустя по лапласовскому абсолютному детерминизму был нанесен сокрушительный удар, причем пришел он со стороны не теологии, а науки. Революция, в результате которой была создана квантовая механика, началась просто с попытки разобраться с нерешенной физической проблемой, касающейся спектра света. Основываясь на экспериментальных данных, Макс Планк и Альберт Эйнштейн смогли показать, что энергия световых волн принимает не любые возможные значения, а «квантуется», т.е. эти волны не являются бесконечно делимыми – подобно тому, как изображение, снятое цифровой камерой, не может быть меньше одного пикселя. Следовательно, свет представляет собой поток частиц, обладающих строго определенной энергией, – фотонов.

Параллельно Нильс Бор исследовал структуру атома, пытаясь определить, почему электроны остаются на своих орбитах вокруг ядра. Поскольку электрон обладает отрицательным зарядом, он притягивается положительно заряженными протонами ядра, и, казалось бы, все вещество должно неизбежно «схлопнуться». Бор, уже применительно к электронам, выдвинул предположение об их квантовой природе и построил теорию, согласно которой электрон может находиться лишь в конечном числе различных состояний.

Основы классической механики начали рушиться, но в полной мере философское значение произошедшего переворота стало понятно после открытия принципа неопределенности Гейзенберга. Вернеру Гейзенбергу удалось показать, что в квантовом мире нельзя одновременно точно измерить и положение, и момент частицы. Так был одним ударом сокрушен лапласовский детерминизм, поскольку из принципа неопределенности следует, что никакую начальную конфигурацию Вселенной в действительности невозможно определить с точностью, необходимой для предсказания по модели Лапласа. За последние 80 лет предпринималось немало попыток осмыслить, что следует из квантовой механики для нашего понимания Вселенной. Сам Эйнштейн, несмотря на то что он сыграл важную роль в первоначальном становлении квантовой механики, не сразу принял идею неопределенности, заметив, как известно, что «Бог не играет в кости».

Атеист мог бы на это возразить, что для Бога здесь и нет никакой игры в кости, даже если с нашей точки зрения она и происходит. «Конечно, – замечает Хокинг, – мы можем себе представлять, что существует некий набор законов, полностью определяющий события для какого-то сверхъестественного существа, которое способно наблюдать современное состояние Вселенной, никак не возмущая ее. Однако такие модели Вселенной не представляют интереса для нас – простых смертных».

Дата добавления: 2015-07-16