Крупномасштабная структура Вселенной: происхождение спиральных Галактик 3 страница

3.2. Модель эволюции А. Гута

Попытки построить модель Вселенной, в которой множество разных начальных конфигураций могло бы привести к эволюции существующей Вселенной, привели А. Гута к предположению о том, что ранняя Вселенная пережила период очень быстрого расширения. Это расширение называют раздуванием, подразумевая, что какое-то время расширение Вселенной происходило со все возрастающей скоростью, а не с убывающей как сейчас. А. Гут высказал предположение, что Вселенная возникла в результате «Большого Взрыва» в очень горячем, но довольно хаотическом состоянии. Высокие температуры означают, что частицы во Вселенной должны были очень быстро двигаться и иметь большие энергии. При таких высоких температурах сильные и слабые ядерные силы и электромагнитная сила должны были все объединиться в одну. По мере расширения Вселенной она охлаждалась и энергии частиц уменьшались. В конце концов должен был бы произойти так называемый фазовый переход и симметрия сил была бы нарушена: сильное взаимодействие начало бы отличаться от слабого и электромагнитного. Известный пример фазового перехода - замерзание воды при охлаждении. Жидкое состояние воды симметрично, т. е. вода одинакова во всех точках и во всех направлениях. Образующиеся же кристаллы льда имеют определенные положения и выстраиваются в некотором направлении. В результате симметрия воды нарушается. Но если охлаждать воду очень медленно, то ее можно охладить ниже точки замерзания без образования льда. А. Гут предположил, что Вселенная могла себя вести похожим образом: ее температура могла упасть ниже критического значения без нарушения симметрии сил. Если бы это произошло, то Вселенная оказалась бы в нестабильном состоянии с энергией, превышающей ту, которую она имела бы при нарушении симметрии. Можно показать, что эта особая дополнительная энергия производит антигравитационное действие аналогично космологической постоянной, которую А. Эйнштейн ввел в общую теорию относительности, пытаясь построить статическую модель Вселенной. Поскольку, как и в горячей модели «Большого Взрыва», Вселенная уже вращалась, отталкивание, вносимое космологической постоянной, заставило бы Вселенную расширяться со все возрастающей скоростью. Даже в тех областях, где число частиц вещества превышало среднее значение, гравитационное притяжение материи было бы меньше отталкивания, вносимого эффективной космологической постоянной. Следовательно, такие области должны были тоже расширяться с ускорением, характерным для модели раздувающейся Вселенной. По мере расширения частицы Материи расходились бы все дальше друг от друга, и в конце концов расширяющаяся Вселенная оказалась бы почти без частиц, но все еще в переохлажденном состоянии. В результате расширения все неоднородности во Вселенной должны были сгладиться, как разглаживаются при надувании морщины на резиновом шаре. Следовательно, нынешнее гладкое и однородное состояние Вселенной могло развиться из большого числа разных неоднородных начальных состояний.

Во Вселенной, скорость расширения которой растет из-за космологической постоянной быстрее, чем замедляется из-за гравитационного притяжения Материи, светy хватило бы времени для перехода из одной области ранней Вселенной в другую. Это было бы решением ранее поставленной задачи о том, почему разные области ранней Вселенной имеют одинаковые свойства. Кроме того, скорость расширения Вселенной стала бы автоматически очень близка к критическому значению, определяемому плотностью энергии во Вселенной. Тогда такую близость скорости расширения к критической можно было бы объяснить, не делая предположения о тщательном выборе начальной скорости расширения Вселенной. Раздуванием Вселенной можно было бы объяснить, почему в ней так много вещества.
В доступной наблюдениям области Вселенной содержится порядка 10 частиц. Откуда все они появились? Ответ состоит в том, что в квантовой теории частицы могут рождаться из энергии в виде пар частица- античастица. Но тогда сразу возникает вопрос: откуда берется энергия? Ответ таков. Полная энергия Вселенной в точности равна нулю. Вещество во Вселенной образовано из положительнои энергии. Но все вещество само себя притягивает под действием гравитации. Два близко расположенных куска вещества обладают меньшей энергией, чем те же два куска, находящиеся далеко друг от друга, потому что для разнесения их в стороны нужно затратить энергию на преодоление гравитационной силы, стремящейся их соединить. Следовательно, энергия гравитационною поля в каком-то смысле отрицательна. Можно показать, что в случае однородной Вселенной эта отрицательная гравитационная энергия в точности компенсирует положительною энергию, связанную с веществом. Поэтому полная энергия Вселенной равна нулю. Посколькy дважды нуль - тоже нуль, количество положительной энергии вещества во Вселенной может удвоиться одновременно с удвоением отрицательной гравитационной энергии; закон сохранения энергии при этом не нарушится. Такого не бывает при нормальном расширении Вселенной, в которой плотность энергии вещества уменьшается по мере увеличения размеров Вселенной. Но так происходит при раздувании, потому что в этом случае Вселенная увеличивается, а плотность энергии пepeoхлаждeннoгo состояния остается постоянной: когда размеры Вселенной удвоятся, положительная энергия вещества и отрицательная гравитационная энергия тоже удвоятся, но в результате полная энергия остается равной нулю.

Сейчас Вселенная расширяется без раздувания. Значит, должен существовать какой-то механизм, благодаря которому была устранена очень большая эффективная космологическая постоянная, а скорость расширения перестала расти и под действием гравитации начала уменьшаться, как уменьшается и сейчас. Можно ожидать, что при раздувании в конце концов нарушается симметрия сил, так же как переохлажденная вода в конце концов замерзает. Тогда лишняя энергия состояния с ненарушенной симметрией должна выделиться, и за счет этого Вселенная разогреется до температуры, чуть-чуть меньшей, чем критическая температура, при которой симметрия сил еще не нарушается. Затем Вселенная опять начнет расширяться и охлаждаться, так же как в горячей модели «Большого Взрыва», но теперь мы уже сможем объяснить, почему скорость ее расширения в точности равна критической и почему разные области Вселенной имеют одинаковую температуру.

В гипотезе А. Гута фазовый переход происходил очень быстро, как возникают кристаллы льда в очень холодной воде. Идея А. Гута заключалась в том, что внутри старой фазы образуются «пузырьки» новой фазы нарушенной симметрии, подобно тому, как в кипящей воде зарождаются пузырьки пара. А. Гут предположил, что пузыри расширяются и сливаются друг с другом до тех пор, пока вся Вселенная не окажется в новой фазе. Но вот в чем беда: Вселенная так быстро расширяется, что даже, если бы пузыри росли со скоростью света, они все равно удалялись бы друг от друга и поэтому не могли бы сливаться. Вселенная оставалась бы
в очень неоднородном состоянии, и в некоторых областях симметрия между силами сохранялась бы. Такая модель Вселенной не соответствовала бы тому, что мы видим.

3.3. Модель эволюции А. Линде и П. Стейнхардта

В октябре 1981 года русский физик А. Линде выдвинул гипотезу, что трудность, связанная с невозможностью объединения пузырей, отпадает, если размеры пузырей столь велики, что Вселенная содержится внутри одного пузыря. Для того чтобы это предположение выполнялось, сохранение симметрии внутри пузыря должно очень медленно переходить в ее нарушение. Мысль А.Линде о медленном нарушении симметрии была очень хороша, но потом выяснилось, что пузыри должны быть больше нынешней Вселенной. Симметрия должна нарушаться всюду одновременно, а не только внутри пузырей. Только это привело бы к той однородной Вселенной, которую мы сейчас наблюдаем.

Несколькими месяцами позже П. Стейнхардт опубликовал работу, в которой содержалось нечто очень похожее на идею А. Линде о медленном нарушении симметрии. Новая модель раздувания Вселенной была удачной попыткой объяснить, почему Вселенная стала именно такой, какая она сейчас. Однако эта модель, по крайней мере в первоначальном виде, предсказывала гораздо большие вариации температуры фона микроволнового излучения, чем наблюдаемые значения. Последующие работы тоже внушали сомнения по поводу того, мог ли в очень ранней Вселенной произойти подходящий фазовый переход. В 1983 году А.Линде предложил более удачную модель, называемую хаотической моделью раздувания. В ней нет ни фазового перехода, ни переохлаждений, а взамен присутствует бесспиновое поле, которое из-за квантовых флуктуаций принимает большие значения в некоторых областях ранней Вселенной. В таких областях энергия поля будет вести себя как космологическая постоянная. Результатом действия поля будет гравитационное отталкивание, под влиянием которого вышеуказанные области начнут раздуваться. По мере увеличения этих областей энергия поля в них будет медленно уменьшаться, пока раздувание не перейдет в такое же расширение, как в горячей модели «Большого Взрыва». Одна из областей могла бы превратиться в современную наблюдаемую Вселенную. Модель А. Линде обладает всеми преимуществами ранней модели раздувания, но не требует сомнительного фазового перехода и, кроме того, может дать реальную оценку флуктуации температуры фона микроволнового излучения, согласующуюся с результатами наблюдений.

3.4. Альтернативы начальных состояний

Проведенные исследования моделей раздувания показали, что современное состояние Вселенной могло возникнуть из большого числа разных начальных конфигураций. Это важный вывод, ибо из него следует, что выбор начального состояния той части Вселенной, в которой мы живем, мог быть не очень тщательным. Но вовсе не из всякого начального состояния могла получиться такая Вселенная, как наша. Это можно доказать, предположив, что Вселенная сейчас находится в совершенно другом состоянии, каком-нибудь очень нерегулярном и комковатом. Воспользовавшись законами науки, можно проследить развитие Вселенной назад во времени и определить ее конфигурацию в более ранние времена. По теоремам о сингулярности классической теории относительности сингулярность в точке большого взрыва все равно должна была существовать. Если такая Вселенная будет развиваться вперед во времени в соответствии с законами науки, то в конце мы придем к тому комковатому и нерегулярному состоянию, с которого начинали. Следовательно, должны существовать начальные конфигурации, из которых не может получиться такая Вселенная, какой сейчас мы видим нашу. Значит, даже модель раздувания ничего не говорит о том, почему начальная конфигурация оказалась не той, при которой получилась бы Вселенная, сильно отличающаяся от наблюдаемой нами. Следует ли обратиться для объяснения к Антропному Принципу? Такой ответ выглядел бы как отрицание всех наших надежд понять, какой же порядок лежит в основе Вселенной.

Для предсказания того, каким должно было быть начало Вселенной, необходимы законы, справедливые в начале отсчета времени. Если классическая общая теория относительности верна, то из доказанных Р. Пенроузом теорем о сингулярности следует, что в точке начала отсчета времени плотность и кривизна пространства-времени принимают бесконечные значения. В такой точке нарушаются все известные законы природы. Можно было бы предположить, что в сингулярностях действуют новые законы, но их трудно формулировать в точках со столь непонятным поведением, и мы не знали бы, как из наблюдений вывести вид этих законов. Но на самом деле из теорем о сингулярности следует, что гравитационное поле настолько усиливается, что становятся существенными квантовые гравитационные эффекты: классическая теория перестает давать хорошее описание Вселенной. Поэтому при изучении очень ранних стадий развития Вселенной приходится привлекать квантовую теорию гравитации. Как мы потом увидим, в квантовой теории обычные законы науки могут выполняться везде, в том числе и в начале отчета времени: нет необходимости постулировать новые законы для сингулярностей, потому что в квантовой теории не должно быть никаких сингулярностей. Пока у нас еще нет полной и согласованной теории, объединяющей квантовую механику и гравитацию. Но мы совершенно уверены в том, что подобная единая теория должна иметь некоторые определенные свойства. Во-первых, она должна включать в себя фейнмановский метод квантовой теории, основанный на суммах по траекториям частицы (и по «историям» Вселенной). При таком методе в отличие от классической теории частица уже не рассматривается как обладающая одной-единственной траекторией. Напротив предполагается, что она может перемещаться по всем возможным путям в пространстве-времени, и любой ее траектории отвечает пара чисел, одно из которых дает длину волны, а другое – фазу волны. Во-вторых, любая завершенная теория должна включать в себя предположение
А. Эйнштейна о том, что гравитационное поле представляется в виде искривленного пространства-времени: частицы стремятся двигаться по траекториям, заменяющим в искривленном пространстве-времени прямые, но, поскольку пространство-время не плоское, эти траектории искривляются, как будто на них действует гравитационное поле. Если фейнмановское суммирование по траекториям соединить с представлением А. Эйнштейна о гравитации, то тогда аналогом траектории одной частицы станет все искривленное пространство-время, которое представляет собой историю всей Вселенной. Для того чтобы избежать технических затруднений, которые могут встретиться при конкретном вычислении суммы по историям, искривленные четырехмерные пространства надо считать евклидовыми. В классической теории гравитации, использующей действительное пространство-время, возможны лишь два типа поведения Вселенной: либо она существовала в течение бесконечного времени, либо ее началом была сингулярная точка в какой-то конечный момент времени в прошлом. В квантовой же теории гравитации возникает и третья возможность. Поскольку используются евклидовы пространства, в которых временная и пространственные оси равноправны пространство-время, будучи конечным, может тем не менее не иметь сингулярностей, образующих его границу или край. Пространство-время не имеет границы, и поэтому нет необходимости определять поведение на границе. Граничное условие для Вселенной -отсутствие границ. Тогда Вселенная была бы совершенно самостоятельна и никак не зависелa бы от того, что происходит снаружи. Она не была бы сотворена, ее нельзя было бы уничтожить. Она просто существовала бы.

С. Хокинг впервые высказал ту мысль, что пространство и время возможно образуют вместе некую поверхность, которая имеет некоторую протяженность, но не имеет границ и краев. Однако его статья носила математический характер, и тогда никому не пришла мысль о том, что из этого положения могут следовать выводы о роли Бога в Сотворении Вселенной. В то время он не знал еще, как можно использовать условие отсутствия границ, чтобы сделать выводы относительно Вселенной. Положение о том, что время и пространство должны быть конечны без границ, есть всего лишь теоретический постулат: оно не может быть выведено из какого-либо другого принципа. Как и всякое теоретическое положение, оно может быть первоначально выдвинуто из эстетических или метафизических соображений, но затем должно пройти реальную проверку - позволяет ли оно делать предсказания, согласующиеся с наблюдениями.

В случае квантовой теории гравитации такая проверка затруднена по двум причинам. Во-первых, мы еще не имеем теории, которая успешно объединяла бы общую теорию относительности с квантовой механикой, хотя нам во многом известна форма, которую должна иметь такая теория. Во-вторых, всякая модель, детально описывающая всю Вселенную, несомненно, будет в математическом отношении слишком сложна, чтобы можно было на ее основе выполнять точные вычисления. Поэтому в расчетах неизбежны упрощающие предположения и приближения, и даже при этом задача извлечения предсказаний остается чудовищно сложной. Эта модель должна описывать не только пространство-время, но и все остальное в нем, в том числе все сложные организмы, подобные человеческим существам, которые могут быть Наблюдателями эволюции Вселенной. В этом можно видеть еще одно оправдание Антропного Принципа. Таким образом, условие отсутствия границ приводит к выводу о чрезвычайно высокой вероятности того, что современный темп расширения Вселенной почти одинаков во всех направлениях. Это согласуется с наблюдениями фона микроволнового изучения, которые показывают, что его интенсивность во всех направлениях почти одинакова. Если бы Вселенная в одних направлениях расширялась быстрее, чем в других, то интенсивность излучения в этих направлениях уменьшалась бы за счет дополнительного красного смещения.

Сейчас изучаются и другие следствия, вытекающие из условия отсутствия границ. Особенно интересна задача о малых отклонениях плотности от однородной плотности ранней Вселенной, в результате которых возникли сначала галактики, потом звезды и наконец мы сами. В силу принципа неопределенности ранняя Вселенная не может быть совершенно однородной, потому что должны обязательно присутствовать некоторые неопределенности в положениях и скоростях частиц – так называемые флуктуации. Исходя из условия отсутствия границ, в начальном состоянии во Вселенной действительно должна быть неоднородность, минимально возможная с точки зрения принципа неопределенности. Затем Вселенная пережила период быстрого расширения, как в моделях раздувания. В течение этого периода начальные неоднородности усиливались, пока не достигли размеров, достаточных, чтобы объяснить происхождение тех структур, которые мы видим вокруг себя. В такой расширяющейся Вселенной, в которой плотность вещества слабо меняется от места к месту, расширение более плотных областей под действием гравитации могло замедлиться и перейти в сжатие. Это должно привести к образованию галактик, звезд и, наконец, Разумных Существ. Таким образом, возникновение всех сложных структур, которые мы видим во Вселенной, можно объяснить условием отсутствия у нее границ в сочетании с квантовомеханическим принципом неопределенности. Из представления о том, что пространство и время образуют замкнутую поверхность, вытекают очень важные следствия относительно роли Бога в эволюции Вселенной. Большинство ученых пришло к убеждению, что Бог позволяет Вселенной развиваться в соответствии с определенной системой законов и не вмешивается в ее развитие, не нарушает эти законы. Но законы ничего не говорят нам о том, как выглядела Вселенная, когда она только что возникла. Пока мы считаем, что у Вселенной было начало, мы можем думать, что у нее был Создатель. Если же Вселенная действительно полностью замкнута и не имеет ни границ, ни краев, то тогда у нее не должно быть ни начала, ни конца: она просто есть. Остается ли тогда место для Творца?

Глава 4. Разум и Бог

Действительность бесконечна и неисчерпаема в познании ее устройства и причинно – следственных связей. Отражением этой бесконечной перспективы имеет своим завершением все объясняющую Первопричину – всемогущего Бога. Бог есть завершение и конечная точка идеальной абстракции, противопоставляемой человеческим сознанием реальной конкретности Бытия. Наличие идеи Бога необходимо обусловлено тем, что в действительности, в реальности Бог не существует.

Однако современная Вселенная сотворена, современный Разум так же сотворен. Механизм творения объяснен: Разум предшествующего цикла развития Вселенной сотворил Вселенную современного цикла и передал эстафету современному Разуму. Для Разума человечества Богом является Разум предшествующего цикла развития Вселенной. Современный Разум станет в будущем Богом для Разума последующего цикла развития Вселенной. Вот поэтому можно заключить, что Бог есть, потому что Бога нет; Бога нет, потому что Бог есть.

Современная религиозная парадигма включает постулат о том, что Бог познается Человеком через Человека (пророк, пастор, священник и так далее). Отсюда следует, что Бог существует в религиозном представлении постольку, поскольку существует Человек.

Знание - наука, полученная Разумом человечества, и Вера в Бога есть диалектическая пара. Сущность Веры - в дополнении Знания его отрицанием. Сущность Знания – в дополнении Веры ее отрицанием. Отсюда следует вывод: неверующих людей нет, есть люди, полагающие себя неверующими, но и верующих людей нет, есть люди полагающие себя верующими. И естественное состояние людей становиться то в ряд верующих, то в ряд неверующих.

Религиозная мораль-идеал поведения Человека, справедливость-идеал общественных отношений. Идеал поведения Человека и идеал общественных отношений противоположны реальности. Само наличие идеалов обусловлено тем, что реальность Человека не устраивает, Человек с реальностью не уравновешен. Здесь проявляется неустойчивость психического (душевного) состояния Человека, а неустойчивость, как уже было неоднократно указано, ведет к его развитию. Человек обязан находиться в неравновесном, неустойчивом состоянии по отношению Бытия для своего развития от детства к старости и самосовершенствованию. Идеалы служат источником психического развития Человека и Человечества в целом.

Разум, абстрактное мышление резко расширяет сферу источников ощущений - эмоции возникают опосредованно через искусство, науку, средства массовой информации и т.д. - и вследствие этого резко расширяется сфера энергопреобразования Мира. Энергозатраты мыслительных процессов ничтожны, а энергопреобразовательные следствия их огромны. Иначе говоря, Разум есть вечный двигатель второго рода, посредством которого оформится окончание современного цикла развития Вселенной и одновременно будет положено начало следующего цикла ее развития. Затратив минимальные усилия в соответствии с принципом наименьшего действия, Природа получит максимальный результат.

Силу, сотворившую Мир, можно назвать Богом, Мировой Энергией, Абсолютной Идеей, Природой. Суть не в названии, а суть в том, что Человечество есть порождение этой силы, ее орудие и ее часть. В жестокой борьбе за существование как вида с другими видами животного мира планеты Человечество как создание Бога уяснило в начале своего пути, что есть Бог. Идея о существовании Творца вначале примитивная, затем все более и более абстрактная, возвысила Человечество над остальным миром. С идеей Бога возникает Закон Поведения и Мораль. Стадо двуногих существ трансформировалось в Разумное Человечество.

Религия несет в себе консолидирующее начало для всего Человечества и этнически идентифицирует исповедующих ее. Синтез национальных культур и Религии прослеживается на протяжении всего исторического пути Человечества. Религиозные деятели считают, что осознания своего национального бытия народы обрели с утверждением Религии и видят в ней своеобразное начало национальных культур.

Современная теология в единстве «религиозного» и «национального» видит один из способов сохранения самой Религии. Западные исследователи склонны считать «национальное» и «религиозное» тождественным. Религия в их понимании не только носитель национальной культуры, но ее источник и хранитель.

Как бы ни был мал и ничтожен Человек по сравнению со Вселенной, он по силе своей мысли, по охвату и проникновению в самые удаленные и глубинные края Мира равен Вселенной и подобен ей. Разум – это то, что уравнивает безграничность Вселенной с силой человеческого ума, а Материю с Жизнью. Разум Человечества не более Вселенной, но и не менее ее. Такое понимание приходит к Человеку, когда Он причастен к Сотворению и когда Он является частью сотворенного Мира.

Разум на планете может иметь внеземное происхождение, Разум может существовать в иных Галактиках, Человечество может оказаться побочной ветвью развития Разума, но это ничего в принципиальном плане не меняет. Не Человечество, так другие Разумные Существа в иных звездных системах развиваются и идут к тому же результату. Разум будет существовать и развиваться, пока не достигнет Главной Цели и не получит Главный Результат.

4.1. Квантовая информация и Разум

В начале 20-го века были обнаружены две группы явлений (казалось, не связанные между собой), свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона и классической электродинамики Максвелла к процессам, происходящим в атоме. Первая группа явлений была связана с установлением на опыте двойственной природы света- дуализмом света, вторая -с невозможностью на основе классических представлений объяснить существование устойчивых атомов, а также их оптические спектры. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их привели, в конечном счете, к открытию законов квантовой механики.

Впервые понятие кванта было введено немецким физиком М. Планком в
1900 году. Исходя из результатов экспериментов, он высказал идею о том, что свет испускается не непрерывно (как это следовало из классической теории излучения), а определенными дискретными порциями-квантами. Позднее, развивая идею М. Планка, А. Эйнштейн предположил, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется квантами, то есть дискретность присуща самому свету: свет состоит из отдельных порций - световых квантов, позднее названных фотонами. Кроме того, А.Эйнштейн обосновал идею квантования энергии - деление энергии на порции.

В 1922 году американский физик А. Комптон экспериментально доказал, что свет обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами, то есть свет является одновременно и волной, и частицей. Возникло логическое противоречие: для объяснения одних явлений необходимо было считать свет волной, а для объяснения других явлений - корпускулой. Фундаментальные физические сущности микромира - частицы и волны - выявили невиданную ранее в опытах способность заявлять о себе лишь в момент их наблюдения, проявляясь или как волна, или как частица. По существу именно разрешение этого противоречия и привело к созданию физических основ квантовой механики. В 1924 году французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу о всеобщем корпускулярно-волновом дуализме, по которой не только фотоны, но и все «обыкновенные частицы» (протоны, нейтроны, электроны и т. д.) также обладают волновыми свойствами. Позднее эта гипотеза была подтверждена экспериментально. Австрийский физик Э. Шредингер в 1926 году вывел уравнение, описывающее поведение таких «волн» во внешних силовых полях. Так возникла волновая механика, а уравнение Шредингера явилось основным уравнением нерелятивистской квантовой механики. А в основу релятивистской квантовой механики легло релятивистское уравнение, описывающее движение электрона во внешнем силовом поле, полученное английским физиком П. Дираком двумя годами позже. Окончательное формирование квантовой механики как последовательной теории произошло после появления работ В. Гейзенберга о принципе неопределенности и Н. Бора о принципе дополнительности.

4.1.1.Принципы неопределенности и дополнительности

Принцип неопределенности, сформулированный В.Гейзенбергом, утверждает, что «любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс одновременно принимают вполне определенные точные значения». Что это значит? Существенной чертой микроскопических объектов является их корпускулярно-волновая природа. Состояние частицы полностью определяется волновой функцией. Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отлична от нуля. Поэтому результаты экспериментов по определению, например, координаты, имеют вероятностный характер. Это означает, что при проведении серии одинаковых опытов над одинаковыми системами каждый раз будут получаться разные результаты. Однако некоторые значения будут более вероятными, чем другие, то есть будут появляться чаще. Причем, чем точнее будет определена координата, тем менее точным будет значение импульса. Таким образом, квантовые «законы» не имеют абсолютной природы законов Ньютона, вся квантовая теория строится на вероятности. И если классическая физика может предсказать точные результаты еще до эксперимента, то квантовая физика может предсказать только вероятности.

К принципу дополнительности, сформулированному Н. Бором, физики пришли, когда обнаружили, что при экспериментах с элементарными частицами Наблюдатель сам же с помощью своих собственных действий себе мешает. Принцип Бора гласит: получение в эксперименте информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к данным. Об элементарных частицах мы что-то узнаем обычно по результатам их встреч с другими частицами, играющими роль зондов. В квантовом мире такие встречи частиц изменяют их свойства. А приборы, которыми мы регистрируем частицы, по своей природе всегда объекты макроскопические. Прибор искажает то, что исследует. Сам акт наблюдения изменяет наблюдаемое. Объективная реальность зависит от прибора, то есть в конечном счете, от произвола Наблюдателя. Последний превращался, таким образом, из зрителя в действующее лицо. Поэтому один из «отцов» квантовой механики Н. Бор считал, что Наблюдатель познает не саму реальность, а лишь собственный контакт с ней.

Некоторые физики, например Е. Вигнер, начали изучать вопрос о влиянии сознания Наблюдателя на результаты измерений квантовой физики. В результате всей этой неопределенности, вероятности и дополнительности Н. Бор дал так называемую «копенгагенскую» интерпретацию сути квантовой теории: «Раньше было принято считать, что физика описывает Вселенную. Теперь мы знаем, что физика описывает лишь то, что мы можем сказать о Вселенной». Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что «копенгагенизм» постулирует Вселенную, которая магически создается человеческой мыслью. По этому поводу А. Эйнштейн как-то сказал, что если, согласно квантовой теории, Наблюдатель создает или частично создает наблюдаемое, то мышь может переделать Вселенную, просто посмотрев на нее. Поскольку это кажется абсурдом, А. Эйнштейн заключил, что в квантовой физике содержится какой-то большой нераспознанный изъян.

Как же в таком случае следует расценивать фундаментальную неопределенность (индетерминизм) в квантовой теории? Можно предположить, что индетерминизм лежит в основе Мира, а обсуждаемая особенность квантовой теории есть адекватное отображение этого Мира. Именно этой точки зрения придерживались Н.Бор, В. Гейзенберг, П.Дирак, В. Паули и многие другие. Но существовало и другое мнение, а именно в основе Природы лежит какая-то разновидность детерминизма, например, статистического характера в духе скрытых параметров, которая пока ускользает из поля зрения исследователей. Такой точки зрения придерживались М. Планк, А.Эйнштейн, Л.де Бройль, Э.Шредингер, Г.Лоренц, которые с самого начала отвергали «копенгагенизм», настаивая на том, что в конце концов будет найден способ утвердить «реальность» даже в квантовом мире.

В частности, А.Эйнштейн считал, что квантовая теория в существующем виде просто является незаконченной. То есть, то, что мы пока не можем избавиться от неопределенности, не свидетельствует об ограниченных возможностях научного метода, как утверждал Н. Бор, а говорит лишь о незавершенности квантовой механики. В конце концов, аргумент А.Эйнштейна вырос в гипотезу о существовании так называемой скрытой переменной. Можно только поражаться интуиции А.Эйнштейна, более 30 лет боровшегося с тем направлением развития, которое приняла квантовая физика при его жизни. А.Эйнштейн выступал против принципа неопределенности, за детерминизм, против той роли, которую в квантовой механике отводят акту наблюдения (влиянию измерительного прибора). Он полагал, что квантовая теория может стать более совершенной на пути расширения общего принципа относительности. Внешнюю, открытую борьбу А.Эйнштейн вел долго и упорно. Он шел с открытым забралом на защиту своих интересов, придумывал все новые, самые изощренные аргументы и опыты - экспериментальные и логические -для доказательства своей правоты. Потом Н. Бор не раз отмечал, насколько важной и плодотворной для развития квантовой механики стала эта длительная дуэль с А.Эйнштейном. Признавая себя побежденным в каждом бою, А.Эйнштейн продолжал верить, что истина все же на его стороне, и страстно продолжал искать ее.

В 1947 году А.Эйнштейн писал М. Борну, одному из основоположников квантовой механики: «В наших научных взглядах мы развились в антиподы. Ты веришь в играющего в кости Бога, а я - в полную закономерность объективно сущего. В чем я твердо убежден, так это в том, что в конце концов остановятся на теории, в которой закономерно связанными будут не вероятности, но факты». Автор хотел бы кратко и образно с помощью известного афоризма А. Франса дополнить это высказывание А. Энштейна: «В отличие от М. Борна, который верил в Бога, играющего в кости, А. Энштейн до конца своих дней верил, что случай - это псевдоним Бога, когда он не хочет подписываться своим собственным именем». Существование двух принципиально различных направлений в подходе к квантовой физике характеризует кризис в понимании физической реальности, который длится вот уже более полувека.

Дата добавления: 2015-07-13