Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
Во второй фазе дискуссии, длившейся с момента переезда Эйнштейна в Соединенные Штаты в 1933 г. до его смерти в Принстоне 18 апреля 1955 г., Эйнштейн оставил попытки установить внутреннюю логическую противоречивость квантовой механики. Вместо этого он пытался показать, что квантовый принцип несовместим с любым разумным пониманием реальности: «Физика есть попытка концептуально охватить реальность такой, какой она мыслится независимо от ее наблюдения» [И]. Бор ответил, что сама природа исключает эйнштейновскую концепцию реальности, и, желаем ли мы этого или нет, квант вызывает «радикальную ревизию нашего отношения к проблеме физической реальности» [5].
Ход многолетней дискуссии между Бором и Эйнштейном резюмирован лучше, чем где-либо, в статье самого Бора в книге, которая содержит автобиографию Эйнштейна [32]. Два из идеализированных экспериментов, рассматриваемых в ней — двухщелевой эксперимент и эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена,— заслуживают нового рассмотрения с нашей стороны, причем следует уделить особое внимание важнейшему вопросу: до какой степени и как наблюдатель-участник вызывает то, что он видит происходящим [29] ?
На рис. 5 показан обычный двухщелевой эксперимент. Начальный пучок фотонов после прохождения первой щели разделяется; часть проходит через одну, а часть — через другую щель интерферометрической установки. Через какую щель
550
Дж. Уилер
Рис. 5. Фотографическая іл-гстинка справа фиксирует интерференционные полосы, когда г.: а закреплен в определенном положении в прорези. После освобождения шіастинг*' ч измерения вертикальной компоненты ее импульса до и после столкнотзе -.я можно сказать, чзрез какую щель пришел фотон. Можно задержать решение о том, что делать, почти до самого момента столкновения. «Явление» в течение времени распространения не является явлением, пока не буд:г принято решение (имеет ли место прохождение через одну щель или обе сразу) и не будет закончен эксперимент.
прошел фотон, который вызвал почернение фотографическрй пластинки в правой части установки? Как хорошо известно, этот вопрос является бессмысленным. Можно наблюдать интерференционные полосы, но ценой отказа от знания того, «через какую щель прошел фотон». Или можно узнать, через какую щель прошел фотон, но ценой отсутствия каких-либо интерференционных полос. Выбор принадлежит наблюдателю. В одном случае он прикрепляет пластинку жестко к раме покоящегося прибора, как это следует делать для наблюдения четких интерференционных полос. Если он решил сделать другой выбор, он открепляет пластинку и позволяет ей свободно скользить в указанной на рисунке прорези. Он измеряет вертикальную компоненту ее импульса до и после столкновения с фотоном. Этой информации достаточно, чтобы сказать, через какую из щелей прошел фотон. Однако неопределенность в координате у фотографической пластинки, связанная с необходимым уровнем точности в измерении импульса Py фотона, так велика, что она делает невозможным наблюдение интерференционных полос.
До сих пор наше обсуждение резюмировало уже известные факты. Теперь мы отметим, что ничто в принципе не мешает поместить фотопластинку так далеко справа, что световым вол*
It. Квант и Вселенная
551
нам потребуется очень большое время, чтобы достичь ее. Более того, наблюдатель может ждать до самой последней минуты, прежде чем решить, будет ли он измерять положение фотопластинки или ее импульс. Что тогда должны мы сказать относительно пути волны от первой щели к фотопластинке? Проходит ли она через одну или через обе щели? Растеряется каждый, кто попытается дать картину происходящего. Никто не может сказать, что происходит, пока не принято решение, что именно измерять, и пока измерение не выполнено. В течение всего этого долгого цремени распространения не определено, что есть «реальность». Только в конце, после попадания волны на пластинку, может быть сделано определенное утверждение. Опять-таки главный вывод может быть сформулирован очень кратко: никакое элементарное явление нельзя считать явле-нием, пока оно не наблюдалось.
Наиболее поучительным из всех идеализированных экспериментов, рассмотренных в великой дискуссии, был эксперимент Эйнштейна — Подольского — Розена [12], упрощенный Бомом [4] до варианта, изображенного на рис. 6 в середине. Самый легкий изотоп водорода1), состоящий из одного позитрона и одного электрона, переводится в основное состояние с нулевым угловым моментом. Там он находится до тех пор, пока не происходит аннигиляция. Два фотона вылетают с равными и противоположными импульсами, что показано двумя волнистыми линиями на рисунке. Наблюдатель справа определяет, имеет ли фотон, летящий вправо, правую или левую круговую поляризацию. Каков бы ни был результат, он уверен, что измерение круговой поляризации летящего влево фотона будет давать точно тот результат (правую или левую поляризацию), который требуется для сохранения углового момента. Наоборот, он может решить изучать фотон, летящий вправо, с помощью анг изатора линейной поляризации. Тогда он проводит чистое измерение, чтобы определить, поляризован ли фотон в направлении у (или в направлении г). При этом он уверен, что изучение с помощью аналогичной аппаратуры фотона, летящего влево, покажет со 100%-ной уверенностью, что последний колеблется в направлении г (или в направлении у).
