Мировые физические новости: Обнаруженная рукопись Шрёдингера раскрывает его подлинный взгляд на квантовую случайность
В отличие от классической физики, квантовая механика, как правило, не позволяет точно предсказать, что произойдет в отдельном событии. Вместо этого она дает лишь вероятности различных исходов. Эрвин Шрёдингер, один из основоположников этой теории, принимал активное участие в дискуссиях о том, что на самом деле означает такая случайность. Однако часть его вклада оставалась неизвестной на протяжении 80 лет.
Э. Шредингер
В новом исследовании была проанализирована неопубликованная рукопись Шрёдингера, что позволило по-новому взглянуть на его ход мыслей.
Изображение: Phys.org
В классических процессах — например, при подбрасывании монеты — результат кажется случайным лишь потому, что мы не в состоянии учесть все действующие на нее силы. С самого зарождения квантовой механики некоторые физики задавались вопросом: не носит ли квантовая случайность такой же характер?
Согласно теориям «скрытых параметров», частицы обладают некими ненаблюдаемыми свойствами, которые предопределяют исход каждого измерения. В 1932 году математик Джон фон Нейман опубликовал работу, которую многие сочли доказательством невозможности существования подобных свойств, после чего от этой идеи по большей части отказались.
В следующее десятилетие вопрос возник вновь. В 1943 году Эдмунд Тейлор Уиттекер заявил, что квантовая механика разрушила классическое представление о предсказуемой Вселенной. В качестве примера он привел прохождение световых частиц через поляризатор — фильтр, ориентация которого определяет, какая часть света пройдет сквозь него.
Уиттекер рассуждал так: если бы каждая частица несла в себе «скрытую инструкцию» — пройти сквозь фильтр или быть задержанной, — то изменение ориентации фильтра в тот момент, когда частица уже движется к нему, не могло бы повлиять на эту инструкцию. Квантовая же механика предсказывает, что доля частиц, проходящих через фильтр, должна измениться.
После того как в 1944 году аналогичный аргумент выдвинул Сатьендра Нат Бозе, этот вопрос стал предметом оживленной дискуссии в журнале Nature. В частности, Генрих Пельцер предложил модель, которая показала, что доводы Уиттекера несостоятельны.
Хотя Шрёдингера часто представляют как сторонника детерминизма, он сам также включился в эту дискуссию. В трехстраничном рукописном тексте он предложил собственную модель со скрытыми параметрами — исключительно для того, чтобы показать, что подобные объяснения нельзя исключать. Важно отметить, что это не означало, будто Шрёдингер верил в полностью предопределенную Вселенную. По его собственным словам, ни эксперименты, ни логика не могли доказать невозможность ни одной из этих точек зрения.
Как ни странно, рукопись Шрёдингера так и не была опубликована. Она оставалась практически незамеченной в архиве Шрёдингера в Венском университете. В отличие от простой схемы «да или нет», которую предполагал Уиттакер, Шрёдингер наделил каждую световую частицу скрытым свойством, способным принимать целый ряд значений. Расчеты подтвердили, что эта модель согласуется с предсказаниями квантовой механики — причем, в отличие от подхода Пельцера, она оставалась верной даже в том случае, если свет проходил через несколько фильтров подряд. Анализ показывает, что рукопись была создана после ноября 1944 года; возможно, Шрёдингер отложил ее в сторону, узнав о работе Пельцера. Что еще важнее, это позволяет составить более глубокое и многогранное представление о личности физика.
Еще с 1920-х годов — до того, как квантовая механика окончательно сформировалась, — Шрёдингер допускал, что законы природы могут носить фундаментально статистический характер. В конечном счете, авторы публикации приходят к выводу, что предложенная Шрёдингером модель была лишь демонстрацией принципиальной возможности, а вовсе не свидетельством его приверженности детерминизму.