Текст книги "Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности"

Автор книги: Манжит Кумар

сообщить о нарушении

Текущая страница: 24 (всего у книги 32 страниц)

В апреле 1940 года немцы оккупировали Данию. Бор решил остаться в Копенгагене, надеясь, что его всемирная известность позволит защитить других сотрудников института. Это удавалось до августа 1943 года, когда иллюзия о датском самоуправлении окончательно исчезла и нацисты объявили военное положение. Это случилось после того, как правительство отказалось ввести режим чрезвычайного положения и наказывать смертью за саботаж. Двадцать восьмого сентября Гитлер отдал приказ о депортации восьми тысяч датских евреев. Сочувствовавшие евреям немецкие чиновники известили двух датских политиков, что облава начнется в девять часов вечера 1 октября. Слух о плане нацистов распространился очень быстро. Почти все евреи исчезли. Одних спрятали у себя друзья-датчане, другие нашли убежище в церквях или больницах. Нацисты схватили менее трехсот евреев. Бору, мать которого была еврейкой, удалось перебраться с семьей в Швецию. Отсюда он на бомбардировщике перелетел в Шотландию. В пути Бор чуть не задохнулся: его посадили в бомбовый отсек, а кислородная маска была плохо подогнана. В Шотландии он встретился с двумя британскими политиками и вскоре уехал в Америку, где после краткого визита в Принстон стал участником атомного проекта под псевдонимом Николас Бейкер.

После войны Бор вернулся в свой институт в Копенгагене, а Эйнштейн сказал, что он не испытывает “дружеских чувств ни к одному истинному немцу”⁷⁹. Правда, его симпатии к Планку, пережившему всех своих четверых детей от первого брака, остались неизменными. Смерть младшего сына была для Планка, прожившего долгую жизнь, самым тяжелым ударом. Эрвин Планк, секретарь рейхсканцелярии до прихода нацистов к власти, в июле 1944 года был арестован по подозрению в подготовке покушения на Гитлера. В гестапо его пытали и признали виновным в заговоре. В какой-то момент блеснула надежда. Планк, по его словам, привел “в движение и небеса, и преисподнюю”. Он надеялся, что смертный приговор можно будет заменить на тюремное заключение⁸⁰. В феврале 1945 года Эрвина внезапно повесили в Берлине. Планку не позволили в последний раз увидеться с сыном: “Он был бесконечно дорог мне. Он был для меня лучом света, моей гордостью, моей надеждой. Не выразить словами, что для меня значит потерять его”⁸¹.

Планк умер от инсульта 4 октября 1947 года в возрасте восьмидесяти девяти лет. Узнав о смерти Планка, Эйнштейн написал вдове, что “прекрасное и плодотворное время”, которое ему выпала честь провести с Планком, стало подарком судьбы. Выражая соболезнования, Эйнштейн писал, что “часы, которые мне было разрешено провести в Вашем доме, разговоры, которые я вел наедине с этим замечательным человеком, останутся среди самых дорогих воспоминаний на всю оставшуюся мне жизнь”⁸². Есть что-то, заверил он ее, что “остается неизменным, несмотря на то, что трагическая судьба развела нас в разные стороны”.

После войны Бор стал постоянным сотрудником Института перспективных исследований, хотя мог жить не в Принстоне, а там, где хотел. В сентябре 1946 года он впервые ненадолго приехал на празднование двухсотлетия Принстонского университета. Затем, в 1948 году, Бор приехал в феврале и оставался до июня. В этот раз Эйнштейн был готов говорить о физике. Абрахам Пайс, помогавший Бору во время его визита, позднее описывал, как однажды “разгневанный и отчаявшийся” датчанин ворвался в его кабинет со словами: “Как я себе надоел!”⁸³ Когда Пайс спросил, в чем дело, Бор ответил, что был у Эйнштейна и у них завязался спор о смысле квантовой механики.

О возобновлении дружбы свидетельствовало и то, что Эйнштейн разрешал Бору использовать свой кабинет. Однажды Бор диктовал Пайсу черновик статьи к семидесятилетию Эйнштейна. Застряв на какой-то фразе, Бор стоял, глядя в окно, и бормотал время от времени имя Эйнштейна. В этот момент Эйнштейн тихонько вошел в кабинет. Доктор запретил ему покупать табак, но ничего не сказал о том, можно ли его красть. “Как всегда на цыпочках он направился прямо к табакерке Бора, стоявшей на столе, за которым сидел я. Бор, ничего не подозревая, стоял у окна, повторяя себе под нос: ‘Эйнштейн... Эйнштейн’. Я не знал, что делать, особенно из-за того, что в тот момент у меня не было ни малейшей идеи, что именно Эйнштейну нужно. Затем Бор, произнеся ясно: ‘Эйнштейн’, обернулся. Они стояли лицом к лицу, как если бы Бор приглашал его следовать за собой. Бор потерял дар речи. Я сам, видевший, что произошло, на мгновение почувствовал себя неуютно, поэтому мог хорошо понять Бора. Затем молчание было нарушено, и Эйнштейн объяснил, что собирался сделать. Еще через мгновение мы все хохотали”⁸⁴.

Бор еще не раз приезжал в Принстон, но убедить Эйнштейна изменить свое отношение к квантовой механике ему не удалось. Не удалось это сделать и Гейзенбергу. После войны он виделся с Эйнштейном только раз во время своей поездке по США с курсом лекций, совпавшей с последним визитом Бора в 1954 году. Эйнштейн пригласил Гейзенберга домой, напоил кофе с печеньем. Они проговорили почти всю первую половину дня. “О политике не было сказано ничего”, – вспоминал Гейзенберг⁸⁵. Эйнштейна интересовала только интерпретация квантовой теории, продолжавшая волновать его так же, как в Брюсселе двадцать пять лет назад. Эйнштейн оставался непоколебим: “Мне ваша физика не нравится”⁸⁶.

“Потребность воспринимать природу как объективную реальность называется предрассудком, который надо отправить на свалку, в то время как теоретики, занимающиеся квантовой механикой, превозносятся, – написал он однажды старому другу. – Люди подвержены внушению даже больше, чем лошади, а господствующее в данный момент настроение даже не позволяет большинству понять, что за тиран ими управляет”⁸⁷.

Когда в ноябре 1952 года умер первый президент Израиля Хаим Вейцман, премьер министр Давид Бен-Гурион посчитал себя обязанным предложить пост президента Эйнштейну. “Я глубоко тронут предложением, сделанным мне нашим государством Израиль, и в то же время огорчен и стыжусь того, что принять его не могу”, – сказал Эйнштейн⁸⁸. Он подчеркнул, что у него нет “ни природной способности, ни опыта для того, чтобы должным образом общаться с людьми и заниматься государственными делами... Уже по этой причине я не подхожу для исполнения обязанностей на таком ответственном посту, даже если преклонные годы не будут все больше посягать на мои силы”.

Уже летом 1950 года он узнал, что у него аневризма аорты. Эйнштейн понимал, что жить ему осталось недолго. Он написал завещание и ясно дал понять, что хочет, чтобы на похоронах присутствовали только близкие, а затем состоялось бы кремирование. Он отпраздновал свой семьдесят шестой день рождения и напоследок успел подписать воззвание о ядерном разоружении, автором которого был философ Бертран Рассел. Эйнштейн, просивший Бора поставить подпись под этим воззванием, написал: “Не хмурьтесь! Это не имеет никакого отношения к нашим старым разногласиям, касающимся физики, а скорее к вопросам, в которых мы полностью согласны”⁸⁹. Тринадцатого апреля 1955 года у него начались сильные боли в груди, а через два дня его забрали в больницу. Эйнштейн отказался от операции: “Я хочу уйти тогда, когда мне этого хочется. Искусственно продлевать жизнь – дурной вкус. Я свое дело сделал, время уходить”⁹⁰.

Приемная дочь Эйнштейна Марго в то время лежала в этой же больнице. Она виделась с Эйнштейном дважды, и они проговорили несколько часов. Ганс Альберт (в 1937 году приехавший с семьей в Америку) поспешил из Беркли, штат Калифорния, к постели отца. В какой-то момент показалось, что Эйнштейну стало лучше. Он попросил принести его записи: до самого конца он не мог прекратить поиски единой теории поля. Первого апреля, вскоре после часа ночи произошел разрыв аневризмы. Произнеся несколько слов по-немецки (ночная сиделка не смогла их понять), Эйнштейн умер. В тот же день тело кремировали, но прежде патологоанатом удалил мозг. Прах Эйнштейна был развеян по ветру. “Если бы каждый прожил такую жизнь, как моя, отпала бы необходимость в романах”, – однажды написал Эйнштейн сестре. Шел 1899 год, и ему было всего двадцать⁹¹.

“Не стоит и говорить, что он был самым великим ученым со времен Ньютона, – заявил Банеш Хоффман, один из ассистентов Эйнштейна в Принстоне. – Можно с тем же основанием утверждать, что он был не столько ученым, сколько творцом науки”⁹². Слова, сказанные Бором, были искренними и прочувствованными. Он признал достижения Эйнштейна “одними из наиболее многообразных и плодотворных во всей истории нашей культуры... Человечество всегда будет в долгу перед Эйнштейном, устранившим преграды, не позволявшие нам избавиться от примитивного представления об абсолютном пространстве и времени. Он показал нам настолько цельную и гармоничную картину мира, что она превзошла наши самые смелые ожидания”⁹³.

Со смертью Эйнштейна дебаты Эйнштейна и Бора не закончились. Бор продолжал спор так, как если бы его противник на квантовом поле битвы был еще жив: “У меня перед глазами по-прежнему улыбка Эйнштейна, одновременно понимающая, человеколюбивая и доброжелательная”⁹⁴. Часто, когда он обдумывал какую-нибудь фундаментальную физическую проблему, ему прежде всего хотелось узнать, что об этом сказал бы Эйнштейн. В субботу, 17 ноября 1962, Бор дал последнее из пяти интервью, касавшееся его роли в развитии квантовой физики. После завтрака в воскресенье Бор, как всегда, пошел вздремнуть. Затем раздался крик. Маргрет, жена Бора, бросилась в спальню. Ученый был без сознания. У Бора, которому было семьдесят семь, случился инфаркт, погубивший его. Последний рисунок на доске в кабинете Бора появился в вечер перед смертью: это был ящик Эйнштейна со светом. Бор еще раз проверял свою аргументацию.

ЧАСТЬ IV.
Играет ли Бог в кости?

Я хочу знать, как Бог создал этот мир. Меня не интересуют те или иные явления, спектр того или иного элемента. Я хочу знать Его мысли, остальное – детали.

Альберт Эйнштейн

Глава 14.
По ком звонит теорема Белла

“Вы верите в Бога, который играет в кости, а я – в абсолютный закон и порядок в объективно существующем мире, который я чисто умозрительно стараюсь понять, – написал Эйнштейн Борну в 1944 году. – В это я твердо верю и надеюсь, что кому-нибудь удастся обнаружить более реалистический подход или, скорее, более материальную основу для такой уверенности, нежели мой жребий позволил сделать мне. Даже невероятный успех, с самого начала сопутствующий квантовой теории, не заставит меня поверить в основополагающую роль игры в кости, хотя я очень хорошо знаю, что наши молодые коллеги объясняют это старческим слабоумием. Нет сомнения, придет день, и мы увидим, чья интуитивная позиция оказалась правильной”¹. Прошло двадцать лет, прежде чем было сделано открытие, приблизившее этот день.

В 1964 году радиоастрономы Арно Аллан Пензиас и Роберт Вудро услышали эхо Большого взрыва, биолог-эволюционист Уильям Гамильтон опубликовал свою теорию генетической эволюции социального поведения, физик-теоретик Мюррей Гелл-Манн предсказал существование нового семейства фундаментальных частиц, названных кварками. Эти три работы стали главными научными достижениями этого года. Однако, по мнению физика и историка науки Генри Стэппа, ни одно из них не может конкурировать с теоремой Белла, не вошедшей в этот список. Работу Белла – “одно из важнейших научных открытий”² – никто не заметил.

Большинству физиков было не до того: они были слишком заняты квантовой механикой, на счету которой числилось все больше побед. Им было не до Эйнштейна и Бора, споривших о ее смысле. Неудивительно, что они не оценили работу тридцатичетырехлетнего ирландского физика Джона Стюарта Белла, которому удалось сделать то, что не удалось ни Эйнштейну, ни Бору: сформулировать математическую теорему, позволявшую сделать выбор между их противостоящими друг другу философскими мировоззрениями. Для Бора “квантового мира нет”, а есть только “его абстрактное квантово-механическое описание”³. Эйнштейн верил в реальность, не зависящую от восприятия. Спор затрагивал как вопрос о том, какого рода физику можно считать содержательной теоретической интерпретацией реальности, так и вопрос о природе реальности.

Эйнштейн был убежден: Бор и другие сторонники копенгагенской интерпретации играют с реальностью в “рискованную игру”⁴. Джону Беллу позиция Эйнштейна нравилась, но стимулом, заставившим задуматься над формулировкой теоремы, открывавшей новое направление исследований, стала работа, выполненная в начале 50-х годов. Ее автором был вынужденный отправиться в изгнание американский физик.

Давид Бом был аспирантом Роберта Оппенгеймера в Калифорнийском университете в Беркли. Он родился в декабре 1917 года в городке Уилкс-Барр (штат Пенсильвания). В 1943 году Оппенгеймер стал директором сверхсекретного института в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, где шли работы по созданию атомной бомбы. Бом не был допущен к работе в этом институте, поскольку многие его родственники в Европе – девятнадцать – погибли в нацистских лагерях. На самом деле, когда Оппенгеймера проверяла американская военная разведка, он, желая сам занять пост научного руководителя Манхэттенского проекта, указал на Бома как на возможного члена американской компартии.

В 1947 году “разрушитель миров” Оппенгеймер встал во главе “сумасшедшего дома” – Института перспективных исследований в Принстоне⁵. Может, желая загладить свою вину, о которой Бом не подозревал, Оппенгеймер помог ему стать ассистентом профессора в Принстонском университете. В разгар антикоммунистической паранойи, захлестнувшей США после Второй мировой войны, Оппенгеймер и сам попал под подозрение. Он поплатился за левые взгляды, которых придерживался в юности. Сотрудники ФБР, внимательно наблюдавшие несколько лет за Оппенгеймером, составили пухлое досье на человека, знавшего все американские атомные секреты.

В попытке дискредитировать Оппенгеймера Комиссия конгресса по расследованию антиамериканской деятельности заинтересовалась некоторыми из его друзей и коллег, которые были вынуждены дать показания. В 1948 году Бом, ставший членом компартии в 1942 году, но покинувший ее уже через девять месяцев, воспользовался Пятой поправкой, позволявшей ему не давать показания против себя. В том же году ему была вручена повестка в суд, и он предстал перед большим жюри. Бом опять воспользовался Пятой поправкой. В ноябре 1949 года он был арестован, обвинен в неуважении к суду, на короткое время заключен под стражу, а потом отпущен под залог. Принстонский университет, боясь потерять богатых спонсоров, временно отстранил Бома от работы. Хотя на процессе в июне 1950 года его оправдали, контракт на работу в университете у него был только на год, и там приняли решение выплатить Бому жалование за оставшиеся месяцы, лишь бы он не появлялся в кампусе. Бом попал в черный список и не мог найти другую работу в Соединенных Штатах. Эйнштейн серьезно рассматривал возможность сделать его своим ассистентом. Оппенгеймер был против. Он посоветовал бывшему ученику покинуть страну. В октябре 1951 года Бом уехал в Бразилию, в университет города Сан-Паулу.

Бом пробыл в Бразилии всего несколько недель, когда американское посольство, боясь, что его конечным пунктом назначения станет Советский Союз, конфисковало его паспорт. Документ ему вернули, но годился он только для поездок в Соединенные Штаты. Опасаясь, что в “ссылке” он окажется оторванным от международного научного сообщества, Бом принял бразильское гражданство. Это позволяло обойти запрет американского правительства. Тем временем в Соединенных Штатах перед комиссией предстал Оппенгеймер. Давление на него возросло, когда выяснилось что физик Клаус Фукс, которого он пригласил для работы над атомной бомбой, – советский шпион. Эйнштейн посоветовал Оппенгеймеру явиться на заседание комиссии, сказать им, что все они дураки, а затем вернуться домой. Оппенгеймер ничего такого не сделал, но на следующих слушаниях весной 1954 года допуск к секретным работам у него отобрали.

Бом покинул Бразилию в 1955 году и провел два года в Израильском технологическом институте (Технионе) в Хайфе. Затем он переехал в Англию. После четырех лет в Бристольском университете, в 1961 году, Бом перебрался в Лондон, где и остался навсегда, получив место профессора теоретической физики в колледже Биркбек. Во время беспокойного пребывания в Принстоне Бом главным образом занимался вопросами, связанными с изучением структуры и интерпретации квантовой механики. В феврале 1951 года вышла в свет его “Квантовая механика” – один из первых учебников, в котором подробно обсуждались разные интерпретации этой теории и мысленный эксперимент Эйнштейна, Подольского и Розена (ЭПР).

В мысленном эксперименте ЭПР участвуют две связанные частицы – А и В, находящиеся так далеко друг от друга, что никакое физическое взаимодействие между ними невозможно. Тогда, как утверждали ЭПР, измерение, произведенное над частицей А, никак не может внести возмущение в физическое состояние частицы В. Поскольку измерение проводится только над одной частицей, ЭПР считали, что так они могут отразить контратаку Бора, утверждавшего, что акт измерения приводит к “возмущению физического состояния”. ЭПР были убеждены, что, поскольку свойства двух частиц взаимосвязаны, то, измеряя свойство частицы А, например ее координату, можно определить соответствующее свойство частицы В, не возмущая ее состояние. Они хотели показать, что данное свойство есть у частицы В независимо от того, производится ли над ней измерение, а поскольку квантовая механика этого описать не может, она, следовательно, неполна. Бор же возражал (правда, ему никогда не удавалось сделать это достаточно лаконично), что эти две частицы смешаны и образуют единую систему, независимо оттого, насколько далеко они разнесены. Поэтому если измеряется свойство одной частицы, то измерение производится и над другой.

“Если справедливость их [ЭПР] точки зрения будет доказана, – писал в своей книге Бом, – то станет необходимым поиск более полной теории, может быть содержащей нечто вроде скрытых параметров. В рамках этой теории современная квантовая механика будет всего лишь предельным случаем”⁶. При этом, по мнению Бома, “квантовая теория несовместима с предположением о существовании скрытых, выражающих причинно-следственную связь, параметрах”⁷. Изначально Бом смотрел на квантовую механику с общепринятой копенгагенской точки зрения. Однако в процессе написания книги он понял, что не удовлетворен интерпретацией Бора, хотя и соглашался с теми, кто отказывался принимать аргументацию ЭПР как “необоснованную, строящуюся на предположении о природе материи, изначально неявно противоречащем основам квантовой теории”⁸.

Утонченность мысленного эксперимента ЭПР и показавшиеся Бому разумными предположения, на которых он основывался, заставили его усомниться в справедливости копенгагенской интерпретации. Для молодого физика это был смелый шаг. Его современники создавали себе имя, решая квантовомеханические задачи, и мало кто был готов рискнуть карьерой, пытаясь раздуть угли угасающего костра. Но Бому, получившему черную метку после вызова на Комиссию по расследованию антиамериканской деятельности и отстраненному от работы в Принстоне, терять было нечего.

Бом послал экземпляр своей “Квантовой механики” Эйнштейну и обсудил с самым известным жителем Принстона возникшие вопросы. Желание Бома подробнее разобраться в копенгагенской интерпретации было одобрено, и Бом написал две статьи, вышедшие из печати в январе 1952 года. В первой статье была благодарность Эйнштейну за “интересные и плодотворные дискуссии”⁹. К этому времени Бом уже находился в Бразилии, но работы были написаны и посланы в “Физикал ревю” в июле 1951 года, ровно через четыре месяца после выхода его книги. Обращение Бома напоминало обращение св. Павла, но случилось оно по дороге в Копенгаген, а не в Дамаск.

В своих работах Бом изложил основную идею альтернативной интерпретации квантовой теории. Он утверждал, что “даже возможность существования такой интерпретации доказывает, что нет необходимости отказываться от точного, рационального и объективного описания отдельных систем на квантовом уровне точности”¹⁰. Теория Бома, воспроизводившая все предсказания квантовой механики, была математически более изощренной и логически согласованной версией модели пилотной волны де Бройля, от которой французский герцог отказался уже в 1927 году после критики на Сольвеевском конгрессе.

Если в квантовой механике волновая функция – абстрактная волна вероятности, в теории пилотной волны это реальная, физическая волна, управляющая частицами. Точно так же, как океанское течение уносит пловца или лодку, пилотная волна создает ток, ответственный за движение частицы. Частица обладает определенной траекторией, задаваемой точными значениями координат и скорости, которые частица имеет в каждый данный момент времени, но принцип неопределенности, не давая экспериментатору выполнить измерения, “скрывает” их.

После того как Белл прочитал две статьи Бома, он “увидел: невозможное сделано”¹¹. До того он, как и почти все, думал, что альтернативная копенгагенской интерпретация Бома уже была отвергнута как несостоятельная. Он спрашивал: “Почему о пилотной волне ничего не говорится в учебниках? Почему бы не изучать эту теорию – не как единственно возможную, а как противоядие от господствующей самоуспокоенности? Может, это позволит показать, что неопределенность, субъективизм и индетерминизм не навязаны нам экспериментом, а являются результатом сознательного выбора теории?”¹² В какой-то степени ответ на этот вопрос связан с легендарным математиком Джоном фон Нейманом, родом из Венгрии.

Старший из трех сыновей еврейского банкира был математиком-вундеркиндом. Свою первую статью он опубликовал в восемнадцать лет. Тогда фон Нейман был студентом Будапештского университета, но основное время проводил в университетах Берлина и Геттингена, возвращаясь на родину только для сдачи экзаменов. В 1923 году Джон поступил в Высшую техническую школу в Цюрихе, где изучал химическое машиностроение. Сделал он это по настоянию отца, хотевшего, чтобы сын мог опереться на что-нибудь более существенное, чем математика. Закончив Высшую техническую школу и получив в ускоренном порядке степень доктора в Будапеште, двадцатитрехлетний фон Нейман в 1927 году стал самым молодым за всю историю Берлинского университета приват-доцентом. Тремя годами позднее он начал преподавать в Принстоне, а в 1933 году, как и Эйнштейн, фон Нейман стал профессором в Институте перспективных исследований (там он работал до своей смерти).

В 1932 году двадцативосьмилетний фон Нейман опубликовал “Математические основы квантовой механики”, ставшие библией квантовой физики¹³. В книге обсуждался вопрос о возможности, вводя скрытые параметры, переформулировать квантовую механику так, чтобы она стала детерминистской теорией. Причем сами скрытые параметры, в отличие от обычных переменных, считались недоступными для измерения, и поэтому к ним были неприменимы ограничения, налагаемые принципом неопределенности. Фон Нейман утверждал: “Чтобы было возможно другое, отличное от статистического описание элементарных процессов, вся современная структура квантовой механики должна быть объективно неправильна”¹⁴. Иными словами, ответ был “нет”, и предлагалось математическое доказательство, накладывающее запрет на введение “скрытых параметров”, то есть именно того подхода, который через двадцать лет использовал Бом.

Скрытые параметры имели давнюю историю. Еще в середине XVII века ученые (в том числе Роберт Бойль), изучая свойства газов, меняли их давление, объем и температуру. Так были открыты газовые законы, а Бойль вывел формулу, связывающую давление и объем газа. Он установил, что если поддерживать постоянную температуру и увеличить вдвое давление, действующее на определенное количество газа, занимаемый им объем уменьшится вдвое. Если давление увеличивается в три раза, объем уменьшается в три раза. При постоянной температуре объем газа обратно пропорционален давлению.

Правильного физического объяснения газовых законов пришлось ждать до XIX века, когда Людвиг Больцман и Джеймс Клерк Максвелл создали кинетическую теорию газов. “Так много свойств материи, особенно находящейся в газообразном состоянии, можно установить, исходя из гипотезы о быстром движении ее мельчайших частиц, скорость которых возрастает с повышением температуры, – писал Максвелл в 1860 году, – что истинная природа этого движения становится предметом оправданного любопытства”¹⁵. Он пришел к выводу, что “соотношение между давлением, температурой и плотностью идеального газа можно объяснить, считая, что частицы двигаются по прямым линиям с постоянной скоростью и, ударяясь о стенки сосуда, в котором содержится газ, создают этим давление”¹⁶. Находящиеся в состоянии постоянного движения молекулы, случайным образом сталкивающиеся друг с другом и со стенками сосуда, содержащего газ, определяют связь между давлением, температурой и объемом, выражением которой являются газовые законы.

Объяснение броуновского движения, предложенное Эйнштейном в 1905 году, – пример, в котором используются “скрытые параметры”. Ими являются молекулы жидкости, в которой взвешены маленькие частицы. Ставившая всех в тупик причина их блуждающего движения стала сразу понятна, когда Эйнштейн показал, что это движение происходит из-за того, что частицы бомбардируют невидимые, но вполне реальные молекулы.

Обращение к скрытым параметрам в квантовой механике восходило к утверждению Эйнштейна, что эта теория неполна. Возможно, ее неполнота объясняется неумением выявить еще один, скрытый уровень реальности? Может быть, это незамеченное слабое место, не найденные скрытые параметры, возможно, неоткрытые частицы, невыявленные силы или что-то абсолютно новое, что требуется для того, чтобы восстановить не зависящую от наблюдателя объективную реальность? Могло оказаться, что при наличии скрытых параметров явления, на одном уровне кажущиеся вероятностными, на самом деле оказываются детерминистскими, а частицы обладают определенными координатой и скоростью в каждый момент времени.

Поскольку фон Нейман был, по общему признанию, одним из величайших математиков современности, большинство просто приняло на веру недопустимость скрытых параметров в квантовой механике. Для них было достаточно упоминания имени фон Неймана. Но даже он допускал, что остается, пусть очень небольшая, вероятность того, что квантовая механика может оказаться неправильной: “Несмотря на то, что квантовая механика хорошо согласуется с экспериментом, и то, что она открыла нам качественно новую сторону окружающего нас мира, нельзя говорить, что теория подтверждается экспериментом. Можно сказать только, что из всех возможных теорий она лучше всего с ним согласуется”¹⁷. Хотя это предостережение было произнесено, доказательство фон Неймана считалось непререкаемым. Практически все ошибочно восприняли его как строгое утверждение о невозможности с помощью скрытых параметров воспроизвести те же экспериментальные результаты, что и квантовая механика.

Проанализировав доказательство фон Неймана, Бом понял, что оно неправильно, но нащупать слабое место ему не удалось. Тем не менее, воодушевленный беседой с Эйнштейном, он предпринял попытку построить такую, считавшуюся недопустимой, теорию со скрытыми параметрами. Однако лишь Беллу удалось показать, что одно из использованных фон Нейманом предположений необоснованно и, следовательно, его доказательство “невозможности” некорректно.

Джон Стюарт Белл родился в июле 1928 года в Белфасте. Среди своих предков он числил столяров, кузнецов, фермеров, чернорабочих и торговцев лошадьми. “Мои родители были людьми бедными, но честными, – сказал он однажды. – Оба они выросли в больших семьях, в каждой восемь или девять человек, что тогда считалось в Ирландии обычным для рабочих”¹⁸. Работа у отца была далеко не всегда, поэтому условия жизни Белла сильно отличались от комфортного детства пионеров квантовой механики – выходцев из среднего класса. Тем не менее еще мальчиком, до того как он сообщил родителям, что хочет стать ученым, маленький любитель книг заслужил прозвище “Профессор”.

У Белла была старшая сестра и два младших брата. И хотя мать считала, что хорошее образование – верный путь к благополучию, один Джон, когда ему исполнилось одиннадцать, пошел в среднюю школу. Остальным детям не удалось продолжить образование – из-за отсутствия не способностей, а денег: семье еле удавалось свести концы с концами. К счастью, небольшое наследство позволило Беллу поступить в Высшую техническую школу в Белфасте. Она не была такой престижной, как другие школы города, но давала и научное, и инженерное образование, что устраивало Белла. В 1944 году, в возрасте шестнадцати лет, он был достаточно подготовлен для учебы в Королевском университете Белфаста.

Поступать в университет можно было только с семнадцати лет, да и денег для оплаты обучения у семьи не было. Белл начал искать работу. Ему повезло: он устроился лаборантом на физический факультет Королевского университета. Достаточно скоро два уважаемых физика обратили внимание на способного молодого человека. Они разрешили Беллу в свободное от других обязанностей время посещать лекции на первом курсе. Энтузиазм и талант Белла не остались незамеченными. Он получил небольшую стипендию, что вместе с деньгами, которые удалось отложить, позволило ему после года работы лаборантом стать полноправным студентом-физиком. Белл хорошо понимал, на какие жертвы пришлось пойти родителям и ему самому. Он занимался упорно и сосредоточенно, показал себя как блестящий студент и в 1948 году получил диплом физика-экспериментатора, а через год – еще один, по математической физике.

Белл признавался, что “чувствовал себя очень неуютно, сидя так долго на шее у родителей, и считал необходимым найти работу”¹⁹. Обладатель двух дипломов и блестящих рекомендаций, он отправился в Англию, где устроился в Институт исследований атомной энергии. В 1954 году Белл женился на своей коллеге, физике Мэри Росс. В 1960 году, после того как Белл получил в университете Бирмингема степень доктора философии, он с женой переехал в Швейцарию, в ЦЕРН, вблизи Женевы. Позже Белл стал известен как квантовый теоретик, а тогда в его обязанности входило проектирование ускорителей частиц. Он был горд, называя себя квантовым инженером.

Белл впервые увидел доказательство фон Неймана в 1949 году. В последний год обучения в Белфасте он прочитал новую книгу Макса Борна “Натуральная философия причины и случая”: “На меня произвело большое впечатление, что кому-то (фон Нейману) удалось показать недопустимость интерпретации квантовой механики как своего рода статистической механики”²⁰. Но Белл не прочитал книгу самого фон Неймана: она была написана по-немецки, а немецкого он не знал. Ему пришлось удовлетвориться словами Борна, полагавшего доказательство фон Неймана обоснованным. Борн считал, что фон Нейман сформулировал аксиоматику квантовой механики. Из нескольких “очень убедительных общих” постулатов он вывел все ее уравнения и показал, что “формализм квантовой механики однозначно определяется этими аксиомами”²¹. Отсюда следовал вывод, что “нельзя ввести никакие скрытые параметры, с помощью которых индетерминистское описание можно было бы преобразовать в детерминистское”²². Неявным образом Борн выступал в поддержку копенгагенской интерпретации, так как считал, что “если будущая теория окажется детерминистской, она не сможет быть какой-либо модификацией современной теории, поскольку должна быть совершенно иной”²³. Утверждение Борна означало, что квантовая механика полна и поэтому изменена быть не может.