Севальников А.Ю. Интерпретации квантовой механики:
В поисках новой онтологии. Изд. стереотип.

Оглавление

Введение

Утверждение о том, что современная физика напрямую выводит к первичным, метафизическим вопросам, стало весьма распространенным. Достаточно назвать такие имена современных физиков, как Бернар Д'Эспанья, Абнер Шимони, Дж. Хорган, из физиков старшего поколения – Эйнштейна, Нильса Бора и Вернера Гейзенберга, чтобы убедиться, что за такой постановкой вопроса стоит нечто серьезное. В некотором смысле слова такое утверждение стало обыденным, однако со стороны собственно философии оно пока еще мало подвергалось анализу. Более того, с точки зрения философии оно может показаться в определенной степени странным и противоречивым. Ведь сам подход философа к чувственно постигаемому миру отличается от подхода ученого-естественника. Категории и понятия философии, философская интуиция и характерное для ученого эмпирическое наблюдение, с выражением его в терминах абстрактной математической теории, – два разных пути в осмыслении бытия мира. Если философия занимается миром как сущим, как составной частью порядка бытия, то эмпирическая наука не пользуется понятием бытия как такового. "Бытие" – понятие, чуждое строгому эмпирическому анализу. Ведь когда речь идет о бытии, то рассматривается бытие как целое, целокупный порядок бытия, а не какая-то его составная часть или одна из его плоскостей. Рассматривается, говоря языком русской философии, всеединство бытия, порядок бытия во всей его динамике. Вопросами онтологии всегда были следующие: Что является причиной бытия? Какой смысл имеют бытие и существование? Какими существенными чертами отличается существование или сущее? Онтология, занимаясь такими вопросами, подразумевает бытие не только в его началах, но и в конечных целях, рассматривает, иначе говоря, бытие по отношению к причинности. Понятно, что ответы на такие вопросы не в компетенции эмпирической науки: ей чуждо истинное метафизическое "схватывание". Наука смотрит на бытие "извне", не на бытие как таковое, а на "отражение" бытия в формализме его "физикальности". В то время как естественные науки удовлетворяются тем, что остается на физической, эмпирической плоскости, философия отправляется от начальной оценки природы к проникновению в бытие и схватыванию существования путем вопрошания о смысле природы для самого человека.

Ясно, что при таких походах остается существенное различие между естественными науками и философией. Однако как раз здесь в ХХ в. наметилось интересное сближение. Отметим, прежде всего, появление антропного принципа в космологии, прямо поставившего вопрос о смысле существования космоса для человека. И если для космологии, всегда являвшейся как бы "переходным мостиком" между философией и физикой, такая постановка вопроса не является столь уж неожиданной, то и сама физика, как можно показать, отмечена появлением вопросов, напрямую касающихся онтологической проблематики.

Сразу отметим, что если вводить различие между бытием и сущим, то эти вопросы касаются, прежде всего, способов бытия сущего. Физика, а именно квантовая механика, напрямую задалась вопросом: каким образом существуют объекты? Был поставлен вопрос не о фундаментальных объектах, из которых предполагались построенными все другие объекты (хотя этой проблеме и уделяется немалая степень внимания), и не об их типологии и об общих закономерностях их взаимодействия, а именно способах бытия сущего.

Вообще говоря, уже с такой постановкой вопроса была связана самая первая – копенгагенская – трактовка квантовой механики. Именно она, хотя и достаточно своеобразным образом, отразила такие свойства атомных объектов, как корпускулярно-волновой дуализм, принципы дополнительности и неопределенности, в которых явственно проступили их новые свойства, столь резко контрастирующие с поведением классических тел. Столкнувшись с необычными свойствами квантовых объектов и верно констатировав тот факт, что о результатах тех или иных измерений, произведенных над ними, можно сообщить только на языке классической физики, копенгагенская школа стала утверждать, что мы можем знать с определенностью как "реальные" только результаты этих измерений. По этой трактовке в сфере применимости квантовой механики нельзя задавать вопросы о том, что представляет собой, например, электрон, когда фактически не производится его наблюдение с помощью экспериментальной установки того или иного типа (выявляющей либо корпускулярные, либо волновые его свойства). Утверждалось, что квантово-механические предсказания относятся лишь к ситуациям фактического наблюдения.

Верно схватывая основные особенности проявления квантовых объектов, такая трактовка квантовой механики, тем не менее, может быть названа "запретительной". Она явным образом запрещает ставит вопрос о том, что есть квантовый объект вне тех или иных условий его наблюдения. Однако физика в конечном итоге всегда интересует вопрос, "а что есть реальность сама по себе?". Какой бы проблематичной с точки зрения современной философии ни выглядела такая постановка вопроса, она в конечном итоге является лишь возвращением к тому, что еще Аристотель полагал непрестанной заботой философов: к вопросу о том, что есть сущее. На этот вопрос пытаются ответить, пожалуй, все интерпретации квантовой механики, спорящие в конечном итоге о том, что есть реальность.

Вопрос о реальности есть вопрос об онтологии. Реальность как понятие употребляется всегда в достаточно широком смысле. Это и все существующее вообще, и объективный мир, и действительность как таковая. Онтология же рассматривает бытие как таковое, изучает фундаментальные принципы бытия, наиболее общие сущности и категории сущего. Рассматривая сущее как предметно-чувственный мир, как реальность, в специфическом смысле этого слова, мы и обращаемся тем самым к онтологической проблематике. Таким образом, дискуссии, развернувшиеся вокруг понимания реальности в квантовой механике и не утихнувшие до сих пор, относятся к вопросам онтологии. Соответственно, вопросы онтологии, того или иного понимания сущего и способов его бытия и являются центральными в данной работе.

О неразрывности онтологических представлений с физической теорией, реконструирующей реальность, говорит и современный философ науки Цао, Он останавливается на этом вопросе в целом ряде своих работ. "...Онтология является неустранимым концептуальным элементом в логической реконструкции реальности. Так как онтология дает картину мира, она дает основание, на которой может базироваться теория. Это помогает объяснить ее конститутативную роль в теоретической структуре науки... " [Cao, 1997. P. 10].

"Базисная онтология теории рассматривается как несводимый концептуальный элемент в логической реконструкции реальности в рамках этой теории. В противовес видимости или эпифеноменам, а также в отличие от просто эвристических или конвенциальных средств теории базисная онтология касается реального существования... В качестве репрезентации глубокой реальности онтология теории обладает большой объясняющей силой: все явления и феномены, описываемые теорией, могут быть выведены из нее как результат ее поведения" [Cao, 1999. P. 10].

Мы будем стремиться обосновать положение, согласно которому при переходе к квантовым принципам описания реальности действительно меняются, и весьма радикально, онтологические представления, т. е. представления о способе существования объектов. В противовес декартовской идее субстанциальности, конститутативным моментом которой является понятие независимости от другого, "ненуждаемости" в нем (Хайдеггер), квантовая механика вынуждает обращаться к онтологическим воззрениям, которые во многом противоположны декартовским представлениям. Одним из наиболее адекватных языков оказывается здесь язык аристотелевской метафизики, а именно его концепция "бытия в возможности".

Впервые о возможности такой онтологии заговорил Вернер Гейзенберг, стоявший, наряду с Бором, у истоков копенгагенской трактовки квантовой теории. Гейзенберг фактически был единственным теоретиком из копенгагенской школы, пытавшимся понять, что же все-таки стоит за квантовым явлением, что оно есть в своей сущности. Его рассуждения приводили к выводу о необходимости построения новой квантовой онтологии. Он справедливо отмечал, что в квантовой механике мы сталкиваемся не просто с удобным формализмом, неким правилом, адекватно описывающим, вообще говоря, неизвестную нам ситуацию, а с формализмом, действительно отображающим реальное положение дел, и где "...модифицированная логика квантовой теории неизбежно влечет за собой модификацию онтологии" [Гейзенберг, 1987. С. 222].

Существенный момент такой онтологии связан с Боровским принципом дополнительности и следующим из него изменением понимания реальности, против чего неизменно выступал Эйнштейн. Парадоксально, но создается впечатление, что, как критик квантовой теории, Эйнштейн в то время ясно видел и осознавал, к каким изменениям она приводит при понимании реальности. Другое дело, что он не принимал такого рода изменений, и отсутствие аргументов против теории квантов беспокоило его до конца жизни. Так, физик Пайс (А. Pais) вспоминал: "Мы часто обсуждали его мнение насчёт объективной реальности. Мне помнится, как однажды во время прогулки Эйнштейн неожиданно остановился, повернулся ко мне и спросил, действительно ли я считаю, что луна существует лишь тогда, когда я на неё смотрю". В заостренной форме этот вопрос Эйнштейна всего лишь демонстрирует принцип дополнительности Бора, заключающийся в том, что те или иные свойства квантового объекта проявляются в зависимости от способа проведения эксперимента.

Полвека назад, когда закончилась знаменитая полемика Бора и Эйнштейна по этому вопросу, еще не были проведены решающие эксперименты, позволившие бы ответить, чья точка зрения верна. Ситуация радикально изменилась в последние годы, когда такие эксперименты были проведены. В одной фразе сегодняшнюю ситуацию как нельзя лучше демонстрирует "основной урок квантовой механики" по Уилеру: "Никакой элементарный феномен не является феноменом, пока он не является наблюдаемым (регистрируемым) феноменом". Именно к такому выводу приводит и точный анализ результатов корреляционных экспериментов по проверке неравенств Белла, который гласит (подробнее см. ниже), что мы должны отказаться от предположения о "существовании совместных распределений плотностей вероятности наблюдаемых величин". Столь, казалось бы, замысловатая фраза отсылает нас на самом деле к выводу, данному еще в 1935 г. Эйнштейном, Подольским и Розеном, что если квантовая механика полна и операторы, соответствующие двум физическим величинам, не коммутируют, эти величины не могут быть одновременно реальными. Говоря другим языком, в эксперименте выявляется то, что определенным образом до самого акта измерения не существует! Отсюда совершенно ясно, что представления о реальности, наши онтологические представления не могут не пересматриваться.

Как уже говорилось выше, многочисленные эксперименты и их аккуратная интерпретация позволяют достаточно уверенно выстроить такую сетку понятий, в рамках которой дается возможность непротиворечиво описать контуры нового понимания реальности.

Чтобы решить поставленную задачу, в первой главе работы будут вычленены основные особенности квантово-механической описания реальности, выявлены те точки, в которых они вступают в противоречие с классическим способом описания физических явлений.

Будет показано, что эти особенности приводят к такой модификации онтологических представлений, которая может быть истолкована как решительный разрыв между классической и неклассической физикой. Основной тезис, который мы собираемся обосновывать в нашей работе, заключается в том, что этот разрыв состоит не в отказе от декартовского разделения между субъектом и объектом познания, как часто утверждается, а в отказе от другого аспекта онтологических представлений – от декартовской идеи субстанциальности.

Особенности квантовой механики, выделенные в первой главе, еще не дают увидеть, как они сами по себе изменяют наши понятия о реальности. Для большинства физиков осознание того факта, что квантовая механика требует радикального пересмотра понятия реальности, пришло далеко не сразу. Решающую роль в этом сыграл знаменитый ЭПР-парадокс и связанные с ним эксперименты. Вторая глава работы и посвящена этой теме. Мы покажем, как исторически развертывалась полемика о квантовой реальности от первых дискуссий вокруг EPR-парадокса до сегодняшних дней.

Дискуссии разворачивались в рамках тех или иных интерпретаций квантовой механики; эти интерпретации рассмотрены в третьей главе. На наш взгляд, существующая экспериментальная база позволяет среди множества трактовок выделить из них те, что никак не противоречат эксперименту. С критических позиций проанализированы интерпретации, имеющие явно "спекулятивный" характер и не поддающиеся прямой экспериментальной проверке. К ним относятся интерпретации с участием сознания и т. н. многомировая интерпретации, активно обсуждаемые в современной литературе. Вычленяется наиболее адекватная трактовка квантовой механики, восходящая к идеям Гейзенберга и Фока.

Именно их подход к трактовке квантовой реальности позволяет раскрыть философские и теоретические основания квантово-механической онтологии и показать, в чем состоит ее отличие от онтологических представлений классической физики. В связи с этим в четвертой главе подробно рассматривается декартовское истолкование субстанции и субстанциальности и противоположное ему аристотелевское понимание бытия, к которому, по мнению Гейзенберга, и возвращает квантовая механика. В этой же главе сформулированы основные онтологические допущения, которые могут служить наиболее адекватной основой для теоретической реконструкции квантово-механической реальности.

В пятой главе мы попытаемся показать, что предложенные онтологические представления дают в принципе возможность разрешить некоторые трудности и парадоксы квантовой теории, с которыми "не справляются" другие интерпретации. Подробно обсуждаются теория измерений, эффекты целостности и нелокальности квантового явления в ЭПР-парадоксе, ряд парадоксов квантовой механики, которые, как представляется, находят адекватную интерпретацию в предложенном подходе. Показано также, что трактовка, развиваемая в данной работе, ведет к особому пониманию времени в квантовой механике, что хорошо известно в теоретической физике. Утверждается, что выделенная роль времени в квантовой механике является не недостатком теории, а связана с двухмодусной картиной реальности и существенной динамичностью мира феноменального. С этой же двухмодусностью связан и принцип взаимности, известный в физике как форма особой симметрии между координатами и импульсами. Показано, что с точки зрения философии он тесно связан с принципом аналогии бытия, согласно которому законы сущего на одном модусе бытия дублируют, а точнее, отображают законы сущего на другом модусе бытия, и наоборот.

В работе делается вывод, что существующий аппарат квантовой механики, "угаданный" творцами его математического формализма, является во многом феноменологическим, и поэтому ставится вопрос о построении более общей концептуальной схемы. В качестве одной из возможных теорий такого рода рассматривается подход бинарной геометрофизики Ю. С. Владимирова. В рамках данной теории получают подтверждение как основные философские выводы данной работы (многомодусность бытия, выделенность времени, особая роль принципа взаимности и др.), а также диктуется возможность несколько иного подхода к описанию действительности – возможность дискурса совершенно нового типа, а именно "глагольного", логосного дискурса, где время играет выделенную роль.

В заключение хотелось бы выразить глубокую благодарность моим многочисленным коллегам, участвовавшим в дискуссиях по затронутым в книге вопросам, и прежде всего – Елене Аркадьевне Мамчур, без чьего заинтересованного участия эта книга просто не появилась бы на свет. Также отмечу многолетнюю поддержку моих коллег Ю. В. Сачкова, В. В. Казютинского и С. Н. Коняева. Искренняя признательность – Ю. С. Владимирову, принимавшему живое участие в обсуждении основных идей данной работы.

Не могу не выразить благодарности моим коллегам И. А. Акчурину, Л. Б. Баженову, Ю. Б. Молчанову, Р. О. Курбанову и С. В. Илларионову. К сожалению, их уже нет с нами, но без их полезных и стимулирующих замечаний эта книга не приняла бы того вида, в котором она выносится на суд читателей.

Хотелось бы поблагодарить также и кандидата филологических наук М. В. Кузичеву, которая взяла на себя труд корректора текста данной книги.

Об авторе

Севальников Андрей Юрьевич

Доктор философских наук, ведущий научный сотрудник Института философии РАН, профессор кафедры логики Московского государственного лингвистического университета. В 1986 г. окончил Московский физико-технический институт. С 1992 г. занимается философскими проблемами современного естествознания. Окончил аспирантуру Института философии РАН. В 1995–1996 гг. стажировался в области философии науки и техники в Университете Карлсруэ (Германия). Основные работы А. Ю. Севальникова посвящены философским проблемам современной физики, а также проблеме генезиса современной науки.