Текст книги "Современная космология: философские горизонты"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 25 страниц)

«Неодинаковые предсказания ОТО в указанных метриках (шварцшильдовской и гармонической. – Л.A.) получаются и для времени обращения спутника вокруг сферически симметричного тела, как, впрочем, и для всех иных гравитационных эффектов»^[153].

Мы неслучайно обращаем внимание на пример с гармоническими координатами, работая с которыми, в одних случаях можно получить правильные результаты, в других – неправильные. Дело в том, как показывает автор РТГ, что в зависимости от выбора исходных координатных условий в теории гравитации меняется метрический тензор. Следовательно, меняется сам строй теории и все связанные с ней предсказания. В общей теории относительности никаких ограничений на выбор координатных условий не накладывается, поэтому она как бы распадается на ряд разных теорий, выбор каждой из которых совершается ad hoc. Логунов это убедительно показывает и, в конечном счёте, делает следующее резюме: «Поскольку <…> в ОТО разным координатным условиям соответствуют разные метрические тензоры (в заданной системе координат, т. е. при заданной арифметизации пространства), а на выбор координатных условий никаких ограничений нет, то в силу сказанного выше, как бы ни высказывались на этот счёт «эксперты» ОТО, можно утверждать, что ОТО в принципе не способна давать определённых предсказаний о гравитационных эффектах, в чём состоит ещё один её принципиальный недостаток»^[154].

Создаётся впечатление, добавим мы со своей стороны, что то или иное решение уравнений Гильберта-Эйнштейна в рамках ОТО подгоняется под тот или иной заранее известный гравитационный эффект. Часто считают, что ОТО предсказала существование чёрных дыр, но гипотезу о существовании астрофизических объектов, обладающих существенными свойствами чёрных дыр, выдвинул ещё в 1796 году П.С. Лаплас. Руководствуясь законом всемирного тяготения, он пришёл к выводу, что звезда с плотностью вещества, равной плотности Земли и диаметром в 250 раз больше диаметра Солнца, будет характеризоваться столь высокой параболической скоростью, что она превзойдёт скорость распространения света. (Параболической скоростью в данном случае называется минимальная скорость, необходимая для того, чтобы преодолеть гравитационное поле определённого объекта и оторваться от него). Поэтому ни один световой луч не покинет её, и она будет невидимой для наблюдателя. Подобный вывод был сделан современником Лапласа английским геологом Дж. Мичеллом в 1783 году, но его труды менее известны. Стоит обратить внимание на лапласовское представление о наличии сверхсветовых явлений, соотносимых с «невидимыми звёздами».

Для описания чёрной дыры средствами ОТО пришлось использовать метрический тензор, связанный со сферической системой отсчёта координат, начало которой расположено в центре тяжёлого коллапсирующего тела. И совсем уж экзотической, хотя вполне правомерной, представляется космологическая модель вращающейся Вселенной, полученная при решении уравнений Гильберта-Эйнштейна К. Гёделем¹. Эта модель имеет ту особенность, что в ней четырёхмерное пространственно-временное многообразие не распадается однозначно на пространство и время, т. е. пространственные координаты не ортогональны к мировым линиям движения (к временной координате). Метрический тензор и квадрат пространственно-временного интервала представлены так, что отдельные слагаемые ds² суть произведения дифференциальных отрезков времени и пространственной протяжённости. Однако и эта модель имеет, с математической точки зрения, такое же право на существование, как и, скажем, модель А.А. Фридмана расширяющейся Вселенной.

Но как же в таком случае можно сделать однозначный выбор космологической модели Вселенной в рамках ОТО? В отличие от ОТО, РТГ Логунова не страдает такой неоднозначностью.

Сторонники ОТО, знакомые с РТГ, единодушно отмечают, что все предсказываемые ею эффекты в масштабах Солнечной системы совпадают с предсказаниями, получаемыми средствами ОТО. Критика РТГ ведётся как раз по части её космологических следствий, которые радикально отличаются от картины, рисуемой средствами ОТО. Речь идёт, в первую очередь, о разных способах объяснения фактора красного смещения. Напомним, что собой представляет данный фактор.

Как известно, к красному смещению приводят два механизма: эффект Доплера и эффект гравитационный. Красное смещение, обусловленное первым эффектом, возникает в том случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приводит к увеличению расстояния между источником и наблюдателем. Гравитационное красное смещение возникает тогда, когда приёмник света находится в области с меньшим гравитационным потенциалом, чем источник. В таком случае красное смещение является следствием замедления темпа времени вблизи гравитирующей массы и уменьшения частоты испускаемых квантов света.

В астрофизике и космологии красное смещение обычно соотносят, как уже было сказано выше, с эмпирическим законом Хаббла. При наблюдении спектров удалённых галактик и их скоплений оказалось, что величина красного смещения увеличивается с увеличением расстояния до удалённого объекта. Обычно принято полагать, что чем дальше находится объект от наблюдателя (естественно здесь учитываются огромные космические расстояния), тем с большей скоростью он удаляется от нас. Закон Хаббла выражается в численном виде формулой, в которой скорость удаляющегося объекта равна расстоянию до него, умноженному на коэффициент, называемый константой Хаббла. В общей теории относительности, в том варианте решения её уравнений, который дан A.A. Фридманом, удаление скоплений галактик друг от друга объясняется расширением Вселенной. На этом решении, собственно говоря, и строится модель Вселенной, которая получила широкое признание. Считается, что нынешнее состояние Вселенной есть результат её последовательного расширения после Большого взрыва из некоторого сингулярного состояния. (Обычно принимают модель горячей Вселенной, которая охлаждается по мере расширения).

Далеко не так выглядит космологический сценарий в РТГ Логунова. В этой теории, как говорится в аннотации, касающейся космологии, открылось новое свойство не только замедлять действием гравитации ход времени, но и останавливать процесс замедления, а, следовательно, процесс сжатия вещества. Возникает явление «самоограничения» гравитационного поля, которое играет важную роль во Вселенной. Согласно РТГ, однородная и изотропная Вселенная может быть только «плоской» и развивается циклически от некоторой максимальной плотности до минимальной и т. д. При этом теория устраняет известные проблемы ОТО: сингулярности, причинности (горизонта), плоскостности (евклидовости). Эффект «самоограничения» поля исключает также возможность образования «чёрных дыр». Из теории следует существование «тёмной» материи.

Познакомимся теперь с проблемой логического и эмпирического оправданий ОТО и РТГ в плане исключительно космологических следствий этих теорий.

§ 3. Проблема логического и эмпирического оправданий ОТО и РТГ

В качестве космологического следствия ОТО рассматривают обычно фридмановскую модель Вселенной. Для её получения необходимо взять в правой части уравнений Эйнштейна такой тензор энергии-импульса-материи, в котором все его компоненты, за исключением компоненты временной, равны нулю. Приравнивание нулю тензорных компонент оправдывается предположением, согласно которому локально частицы материи покоятся относительно друг друга. При этом допускается пренебрежение и теми слагаемыми тензорных компонент, которые отображают натяжения между частицами материи. Всего этого, однако, недостаточно, чтобы получить модель расширяющейся Вселенной. Надо ещё сделать выбор глобальных координатных условий. Такой выбор даётся так называемым космологическим постулатом, который утверждает, что в пространственном отношении Вселенная однородна и изотропна. В геометрическом смысле это означает, что пространственный универсум Вселенной, изменяясь с течением времени, имеет повсеместно в каждый данный момент времени одну и ту же кривизну.

Наблюдатель, находящийся в такой Вселенной, должен довольствоваться не только локальной причинностью, но и ссылкой на нелокальное (мгновенное) дальнодействие, чтобы судить о том, что Вселенная действительно в каждый момент времени остаётся однородной и изотропной.

Другими словами, в своей модели Фридман помещает материю в «сопутствующую» систему отсчёта. Термин «сопутствующая» означает: находящаяся в процессе того изменения, которое отождествляется с расширением Вселенной. Тензор энергии-импульса вещества он ставит в зависимость только от времени.

С моделью Фридмана в конце концов стали связывать объяснение феномена красного смещения. Но попытка совместить её с эффектом Доплера приводит к логическому противоречию. Эффект Доплера имеет место лишь в том случае, если удаляющиеся друг от друга скопления галактик перемещаются в пространстве. Если же астрофизические объекты удаляются друг от друга из-за того, что расширяется само пространство, то эффект Доплера вообще наблюдать невозможно, поскольку и измерительные приборы (масштабные линейки) будут изменяться по тем же самым законам, которые управляют изменением пространства. Тут нам могут возразить, что когда мы пользуемся для измерения «масштабной линейкой», то надо иметь в виду, что она-то определяется свойствами микропространства, которое не «растягивается» согласно общему космическому закону расширения вселенского пространства. Такие возражения основаны на недоразумении. Речь ведь идёт о различии в длине волн, которые изменяются из-за эффекта Доплера. А это изменение не имеет отношения к локальным свойствам микропространства.

Согласно логическому закону Дунса Скотта, из логического противоречия следует всё, что угодно, как истина, так и ложь. Поэтому в современной космологии, основанной на решении уравнений ОТО, возникает бесконечная теоретическая путаница. Противоречивая теория не предсказывает эмпирические факты – сделать этого она не может, – а подстраивается под них. Всё это касается таких наблюдаемых фактов, как анизотропия реликтового излучения, обнаруженная, в результате астрофизических наблюдений, ускорение расширения Вселенной и пр.

Как уже было сказано выше, в РТГ Логунова феномен красного смещения объясняется гравитационным эффектом. Согласно решению уравнений, составленных по правилу сочетания двух метрических тензоров, материя во Вселенной, при рассмотрении её в крупномасштабном плане, покоится; претерпевает циклическое изменение во времени гравитационное поле. Наличие этого циклического процесса объясняется тем, что гравитоны обладают собственной массой, которая оценивается величиной порядка 10^-66 г. Когда Вселенная находится в фазе уменьшения интенсивности гравитационного поля, электромагнитный сигнал, приходящий из некоторой удалённой точки r Вселенной в точку r₀, в которой расположен наблюдатель, попадает в то место пространства, где частоты электромагнитных излучений оказываются выше соразмерно той длительности, которая требуется для распространения сигнала из точки r к точке r₀. Отсюда частотная разница в стандартном спектре и спектре приходящего издали сигнала. Как видим, автор РТГ представил гениальное, по простоте, объяснение и количественное описание феномена красного смещения.

РТГ, однако, тоже не свободна от ряда отмечаемых космологами недостатков. Первое замечание связано с происхождением колебательного процесса во Вселенной и его частотой. Полагаю, что данный недостаток теории Логунова нетрудно устранить при другом выборе естественной геометрии. Второе возражение против РТГ связано с энтропией. Критики замечают, что сингулярности в ОТО типа чёрных дыр или «первоатома» Вселенной позволяют убирать из неё энтропийный хаос. На сингулярности смотрят как на механизм, позволяющий избежать тепловой смерти Вселенной. Колебательный же процесс в модели Логунова приводит к неизбежному рассеянию энергии. Но она не описывает процесс, противоположный хаотизации, процесс антиэнтропийный.

Как мне представляется, можно избежать обоих затруднений, заключённых в РТГ, если иначе выбрать исходные координатные условия и учесть, что в геометрии Лобачевского имеются мнимые геодезические линии. Геометрическая интерпретация специальной теории относительности устанавливает, наряду с мнимой протяжённостью, мнимую временную длительность, которым соответствуют антиэнтропийные состояния движения (см. статью В. Варичака^[155] и статью Л.Г. Антипенко^[156]).

Итак, из трёх типов пространства, обладающих естественной геометрией, Логунов взял псевдоевклидово пространство (пространство с нулевой кривизной). Если бы выбор пал на пространство Лобачевского, сразу стало бы ясно, откуда появляется регулярность в пространстве и цикличность во времени (имеется в виду вселенская цикличность). Пространство Лобачевского отличается от псевдоевклидова пространства тем, что его основные характеристики связаны с абсолютной длиной, с константой Лобачевского к. Изоморфное отображение группы Пуанкаре-Лоренца в пространство Лобачевского позволяют связать абсолютную длину к с темпом осцилляции Вселенной. Можно показать, что трёхмерная однородная группа Пуанкаре-Лоренца и группа движений в геометрии Лобачевского изоморфны. Предельно элементарный и наглядный способ демонстрации данного изоморфизма дан в статье В. Варичака.

Но главный недостаток теории Логунова с её космологическими следствиями связан, по моему мнению, с решением вопроса о существовании в космическом пространстве чёрных дыр. Логунов отрицает их существование. Какие-то сомнения в подтверждении факта их существования посредством эмпирических данных, получаемых посредством астрономических наблюдений, всё еще остаются. Однако достаточно большой вес имеют те доводы в подтверждение гипотезы о чёрных дырах, которые основаны на теоретических и полуэмпирических соображениях, развитых в значительной мере ещё в ньютоновской теории тяготения.

В рамках специальной теории относительности чёрная дыра предстаёт сингулярной точкой на мировой линии в четырёхмерном пространстве-времени. Напомним, что мировая линия совпадает (с точностью до константы с) с собственным временем эволюционирующего объекта. В релятивистской квантовой механике для явления «обрыва» мировой линии в сингулярной точке имеется полноценная аналогия. Это – скрытое движение частицы (электрона), выявляемое при полном решении квантово-релятивистского уравнения Дирака. Полноценность аналогии состоит в том, что и в одном, и в другом случае имеет место трансформация вещественных величин временной длительности и протяжённости в величины мнимые.

При полном решении квантово-релятивистского уравнения Дирака выясняется, что процедура измерения (коллапс волновой функции) приводит к двум разным результатам, которые интерпретируются двумя различными видами трансформации времени. В одном результате выявляется энтропийная компонента времени, в другом – антиэнтропийная. (Элементарнейшие соображения на этот счёт изложены в работе, значащейся под ссылкой 2 на с. 181). Анналогия с редукцией волновой функции, рассматриваемой в релятивистском варианте, свидетельствует о том, что состояние астрофизического объекта, именуемого чёрной дырой, не является безысходным. Ему должно соответствовать противоположное состояние, которое иногда называют «белой дырой».

Надо ещё отметить, что у астрофизиков и космологов проблема чёрных дыр вызывает наибольшую озабоченность в теоретическом плане – в плане отрешения от сингулярных точек. Один из методов отрешения сводится к некоторому способу, который можно было бы назвать способом утешения. Я имею в виду гипотезу космической цензуры, которая была сформулирована в 1969 году Р. Пенроузом. Состоит она в том, что «не может быть голых сингулярностей»: неполнота пространства-времени не должна «столь сильно противоречить нашим интуитивным идеям детерминизма и предсказания»^[157]. «Не может быть голых сингулярностей» означает, что должен существовать какой-то фактор, препятствующий их появлению. Поскольку такого фактора найти не удалось, была выдвинута гипотеза слабой космической цензуры. Последняя утверждает, что если сингулярность и существует, то таковая не видна «асимптотическому наблюдателю», т. е. нет лучей света, которые уходят на бесконечность из точек, в которых сингулярность может быть обнаружена.

Мне представляется, что проблема чёрных дыр не может быть решена при абстрагировании от принципов неклассической термодинамики, оперирующей понятиями положительной и отрицательной температуры в смысле абсолютной шкалы Кельвина. В теории Логунова космологический колебательный процесс должен был бы приво-дить к общему росту энтропии во Вселенной. Спасением от этого роста, по автору, служит то обстоятельство, что разработанная им модель Вселенной не является замкнутой в виду плоского пространства. Но тогда возникает вопрос о сущности космологического горизонта. А ведь космологический горизонт сродни шварцшильдовской сфере чёрной дыры. При выборе геометрии Лобачевского космологический горизонт имеет вполне естественную геометрическую интерпретацию, при которой линия горизонта отождествляется с множеством бесконечно удалённых точек, принадлежащих с двух сторон каждой геодезической, расположенной на плоскости Лобачевского. Каждые две бесконечно удалённые точки, принадлежащие одной и той же геодезической, соединяются с другой стороны мнимой линией. Это есть как раз образец мнимой протяжённости, имеющий место в чёрной дыре наряду с мнимой временной длительностью.

Всё же можно сказать, что имеющиеся в РТГ недостатки, касающиеся её космологических предсказаний, вполне могут быть устранены при некотором усовершенствовании методики, на основании которой она строится. Путь усовершенствования – учёт принципов неклассической термодинамики, квантовой физики (релятивистской квантовой механики) и неевклидовой геометрии Лобачевского.

В заключение мне хотелось бы поблагодарить акад. A.A. Логунова за ту помощь, которую он оказал мне при подготовке данной статьи к публикации. Сделанные им критические замечания учтены в тексте статьи. Помимо этого, ценным для меня является следующее сообщение Анатолия Алексеевича. Начата работа над созданием того варианта РТГ, при котором в качестве естественной геометрии кладётся в основу теории геометрия Лобачевского. Будем надеяться, что эта работа получит своё завершение, и космология станет на более прочные ноги.

2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ОНТОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ

А.Д. Панов

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КОСМОЛОГИИ И КВАНТОВОЙ ГРАВИТАЦИИ

Методология физики и примыкающих к ней научных дисциплин возникла и развивалась преимущественно на основе философского осмысления опыта лабораторных исследований и наблюдений над регулярно повторяющимися небесными (астрономическими и метеорологическими) явлениями. В частности, в этом контексте очень полезными и эффективными оказались такие методологические принципы, как принцип наблюдаемости и принцип воспроизводимости эксперимента. Методология оказалась хорошо адаптированной именно к такому контексту, и она неявно предполагает, что другого контекста не существует.

Согласно принципу наблюдаемости, результаты физических теорий должны быть сформулированы в терминах, которые могут быть определены операционально, то есть прямо связаны с некоторой процедурой измерения. Иными словами, любая теория должна быть сформулирована в терминах измеримых величин, а сами измеримые величины приобретают смысл в рамках определенных теоретических моделей. Во избежание недоразумений надо отметить, что некоторые ингредиенты теории, возникающие на промежуточных этапах в ее математическом аппарате, могут прямо не соответствовать никаким наблюдаемым величинам. Таков, например, произвольный фазовый множитель перед волновой функцией в квантовом механике или точное значение потенциалов электромагнитного поля в электродинамике. Часто такие величины связаны с разными типами калибровочной инвариантности или калибровочной свободы, но могут появляться и по другим причинам. Принцип наблюдаемости показал свою исключительную эффективность, например, в анализе смысла понятия времени и одновременности при создании теории относительности, и в обсуждении принципа неопределенности (микроскоп Гейзенберга) и дополнительности во времена становления квантовой теории.

По нашему мнению, приведенная выше формулировка принципа наблюдаемости не только достаточно точно отвечает тому, как этот принцип был использован при создании специальной теории относительности и квантовой механики, но и практически точно таким же способом он используется в квантовой теории поля и в общей теории относительности (ОТО), пока речь не идет о космологических моделях. Становление принципа наблюдаемости в физике связано, в основном, с именами Гейзенберга и Эйнштейна, и соответствующие формулировки приведены, в частности, в статье Гейзенберга, где он, в числе прочего, описывает свое обсуждение принципа наблюдаемости с Эйнштейном. Одна сторона принципа наблюдаемости, а именно, то, что теории должны формулироваться в терминах наблюдаемых величин, сформулирована в упомянутой статье на стр. 303 Гейзенбергом как «…мысль об описании явлений только с помощью наблюдаемых величин». Вторая сторона принципа наблюдаемости – что сами измеримые величины приобретают смысл только в рамках определенных теоретических моделей – была сформулирована Эйнштейном, слова которого Гейзенберг приводит там же: «Можно ли наблюдать данное явление или нет – зависит от вашей теории. Именно теория должна установить, что можно наблюдать, а что нельзя». Однако, отношение Эйнштейна к принципу наблюдаемости было сложным. Он, в частности, заметил, что «…каждая разумная теория должна позволять измерять не только прямо наблюдаемые величины, но и величины, наблюдаемые косвенно», и, по словам Гейзенберга, неодобрительно отзывался о принципе наблюдаемости в целом. Эйнштейн не определил точно, что следует понимать под косвенными измерениями в общем случае, поэтому не полностью понятно, что он имел в виду. Вопрос о косвенных наблюдениях не прост, и он будет иметь большое значение в нашем последующем обсуждении.

Согласно принципу воспроизводимости эксперимента, научную информацию дает только такой эксперимент (или наблюдение), который (по крайней мере в принципе) может быть повторен неограниченное число раз и дает при этом повторяющиеся (воспроизводящиеся) результаты. Однако принцип воспроизводимости имеет отношение не только к интерпретации экспериментальных результатов. С этим принципом в теории тесно связано понятие ансамбля систем, которое является ядром многих теоретических схем. Воспроизводимость эксперимента подразумевает возможность иметь неограниченное количество копий изучаемой системы в заданном состоянии, над которыми можно проводить заданное измерение. Такое потенциально неограниченное число копий системы в заданном состоянии называется ансамблем. Важно отметить, что воспроизводимость в физике не обязательно означает точную повторяемость результатов измерений (в пределах ожидаемых ошибок) над системой в одном и том же исходном состоянии, но может означать лишь статистическую устойчивость средних значений или вероятностных распределений величин. В этом случае различные серии измерений должны приводить к одинаковым статистическим результатам в пределах ожидаемых флуктуаций статистики. Именно такой тип измерений над ансамблем и само существование ансамблей принципиально важны для формулировки квантовой теории, так как только в рамках ансамбля систем можно сделать ясным и недвусмысленным понятие средних значений и вероятностей, в терминах которых и формулируется связь квантовой теории с экспериментом. Следует добавить, что принцип воспроизводимости эксперимента и существование ансамблей определяет возможность измерений, в принципе, с любой наперед заданной точностью, так как статистические ошибки могут быть сделаны как угодно малыми за счет неограниченного увеличения статистики. Таким образом, интерпретация принципа наблюдаемости как измеримости, в принципе, с любой наперед заданной точностью зависит от принципа воспроизводимости.

Ниже мы рассмотрим значение принципов наблюдаемости и воспроизводимости в современных направлениях исследований фундаментальной физики, при этом нам придется обсуждать некоторые новые понятия, для которых не существует сложившейся терминологии. Мы не будем вводить для них новых терминов, но вместо этого некоторые существующие понятия нагрузим новым смыслом, и будем в рамках настоящей статьи использовать их не вполне традиционным образом. Такое словоупотребление надо понимать чисто формальным образом, подобно тому, как, например, в математике под термином росток понимается множество функций с одинаковым локальным поведением в данной точке, но вовсе не новорожденное растение в биологическом смысле. Такими формальными терминами будут используемые нами ниже понятия: традиционной методологии, объективного измерения и предиктивности и модельной реальности.

Методологию, основанную на принципах наблюдаемости и воспроизводимости эксперимента, будем называть (в контексте данной статьи) традиционной методологией. Помимо принципов наблюдаемости и воспроизводимости третьим важнейшим методологическим принципом является принцип фальсифицируемости, который означает, что теория должна давать такие предсказания для эмпирической проверки, которые в принципе могут быть однозначно отвергнуты экспериментом. Принцип фальсифицируемости вместе с принципами наблюдаемости и воспроизводимости дают то, что мы будем называть критерием научности знания в современном понимании. Надо, однако, отметить, что в реализации этого критерия всегда было множество тонкостей, на которых здесь нет возможности останавливаться^[158]. Так, например, ряды метеорологических наблюдений представляют вполне научное знание, хотя не удовлетворяют критерию воспроизводимости, так как по определению относятся к уникальным событиям, и т. д. Однако в реализации традиционной методологии наметились и такие проблемы, которые тонкостями не назовешь.

В физике принципы наблюдаемости и воспроизводимости были чрезвычайно полезными и конструктивными и не приводили к серьезным трудностям до тех пор, пока можно было ограничиться изучением относительно простых и компактных объектов. Однако перенос той же методологии на более сложные случаи приводит к очень серьезным проблемам. Вот характерные примеры.

Один пример относится к понятиям квантовой вероятности и квантового состояния в применении к сложным макрообъектам. Если рассматривается некоторая относительно простая квантовая система (например – спин электрона) в заданном состоянии, то в принципе можно рассмотреть ансамбль, состоящий из неограниченного числа копий таких систем. Это означает, что такой ансамбль в принципе можно приготовить для экспериментального изучения. Проведя над этим ансамблем достаточно большое количество взаимно дополнительных (в квантовом смысле) измерений, можно с любой наперед заданной точностью определить распределения вероятностей и ожидаемые значения соответствующих наблюдаемых и с их помощью полностью реконструировать начальное состояние системы (это иногда называется квантовой томографией состояния). Например, для ансамбля, представляющего некоторое спиновое состояние электрона, достаточно измерить средние значения спина вдоль трех различных направлений^[159]. Аналогичную процедуру можно реализовать и в более сложных случаях. В этом смысле квантовые вероятности, как и квантовое состояние, полностью удовлетворяют принципу наблюдаемости, являются нормальными физическими характеристиками системы и являются наблюдаемыми элементами физической реальности.

Если рассмотреть пару электронов, или, например, атом водорода, состоящий из протона и электрона, то будем иметь сложные квантовые системы, состоящие из более простых. Эти более сложные системы тоже могут характеризоваться квантовыми вероятностями и квантовыми состояниями, которые операционально могут быть определены на языке ансамблей, подобно тому, как это было показано выше. Принципиальных проблем не возникает. Сложная система, состоящая из двух или нескольких более простых квантовых подсистем, сама является квантовой системой и обладает квантовым состоянием, как и следовало ожидать.

Однако, если в качестве сложной системы, состоящей из квантовых подсистем – атомов и молекул, рассмотреть, например, некоторого конкретного человека, то окажется, что принципиально невозможно построить ансамбль таких систем в заданном состоянии. Мало того, что каждый человек абсолютно уникален, один и тот же человек на протяжении своей жизни не окажется даже дважды в одном и том же состоянии (в том числе – из-за неустранимого квантового взаимодействия с окружением), не говоря о неограниченном количестве повторений состояния. Подчеркнем, что состояние крупного и сложного макрообъекта, вообще говоря, принципиально невоспроизводимо в нашей Вселенной, так как оно подвергается непрерывному и неконтролируемому воздействию со стороны всей остальной Вселенной (например, в форме теплового излучения и микроволнового реликтового излучения)^[160]. Фактически, каждое состояние макрообъекта почти столь же уникально, как и состояние всей Вселенной из-за непрерывного, неустранимого и неконтролируемого квантового перепутывания состояния этого макрообъекта с состоянием оставшейся части Вселенной. Отсюда следует, что, строго говоря, квантовые вероятности и квантовые состояния сложных макрообъектов вроде человека являются принципиально операционально неопределимыми. Означает ли это, что квантовое состояние человека просто не существует и человек вообще не может рассматриваться как квантовая система? Это кажется нелепым, ведь тело человека заведомо состоит из частей – атомов, каждый из которых является квантовой системой. Тем более, что весьма плодотворными в квантовой теории являются разного рода мысленные эксперименты, в которых рассматриваются системы, одной из составных частей которых является наблюдатель, трактуемый как квантовая система. Строго говоря, рассмотрение таких мысленных экспериментов с точки зрения принципов наблюдаемости и повторяемости методологически неприемлемо.

Другой пример связан с квантовой космологией. Здесь дела обстоят еще хуже, так как объектом изучения квантовой космологии должно быть квантовое поведение Вселенной в целом. В рамках квантовой космологии Вселенная приобретает статус всеобъемлющего и, тем самым, принципиально единственного в своем роде физического объекта^[161], который при этом является существенно квантовым и совершает уникальную квантовую эволюцию^[162]. В этом случае возникает множество проблем, одной из которых является то, что квантовые вероятности и квантовое состояние такой всеобъемлющей системы заведомо не имеют простого операционального смысла, так как ничего подобного ансамблю вселенных в одном и том же начальном состоянии с экспериментальной точки зрения иметь невозможно. Между тем, рассматривать Вселенную как квантовый объект необходимо для того, чтобы понять некоторые реально наблюдаемые явления. Среди них важнейшими являются анизотропия реликтового излучения и крупномасштабная неоднородность распределения вещества во Вселенной, которые являются следствием квантовых флуктуаций на очень ранней стадии эволюции Вселенной, когда были существенны крупномасштабные квантовые эффекты. Более того, квантово-космологические представления уже были применены с исключительным успехом для предсказания углового спектра анизотропии реликтового излучения (включая очень тонкие детали явления) и масштаба неоднородности наблюдаемого распределения вещества во Вселенной. Как понять этот результат? С точки зрения традиционной методологии он неприемлем, так как представление о Вселенной как о квантовом объекте в рамках принципов наблюдаемости и повторяемости лишено смысла. Однако успех этого неприемлемого с точки зрения традиционной методологии подхода слишком уж очевиден. Необходима нетрадиционная методология (в том или ином ее варианте).