Австрийский физик Эрвин Шрёдингер, хозяин знаменитого «кота в ящике», тоже хотел упрочить детерминистский мир, где все всегда чем-то обусловлено. Он составил уравнение, впоследствии получившее название уравнения Шрёдингера, – «закон», описывающий поведение квантовой волны и ее динамического изменения во времени. Несмотря на его обратимость и детерминистский характер, этот «закон» не годится для описания состояния всей системы в целом. В нем не учитывается корпускулярная природа электрона – свойство, которое Шрёдингер пытался обойти. По этому закону нельзя определить точное положение электрона на орбите в любой заданный момент времени. Точные координаты электрона в определенный момент времени – так называемое квантовое состояние – можно только предположить, исходя из вероятности события.
Чтобы узнать, где именно находится электрон, надо провести измерения, и вот тут-то для ортодоксальных детерминистов и начинаются все неприятности. Как только измерение выполнено, квантовое состояние, можно сказать, аннулируется – в том смысле, что все прочие вероятные состояния электрона, которые он мог бы принять (это называется суперпозиция), сведены к одному-единственному. Любые другие варианты отпали. Измерение, безусловно, было необратимо и, вызвав такой коллапс, наложило на систему ограничения. За последующие несколько лет физики поняли, что в масштабе квантовой механики поведение объектов в данный момент времени невозможно описать полностью ни с точки зрения классического представления о частицах, ни в терминах волн. Как шутил Фейнман, «они ведут себя не как волны и не как частицы, это квантово-механическое поведение»[18].
Тогда на помощь пришел нобелевский лауреат из Дании и великий знаток электронов Нильс Бор. Две недели он катался на лыжах в норвежских горах, размышляя в одиночестве о двойственной природе электронов и фотонов, а в итоге привез оттуда принцип дополнительности, для которого корпускулярно-волновой дуализм служит прекрасной иллюстрацией. Согласно этому принципу, квантовые объекты обладают комплементарными свойствами, не поддающимися одновременному измерению, а следовательно, и определению в один и тот же момент времени. Как написал Джим Бэгготт в книге «Квантовая история», Бор
понял, что соотношения неопределенности положение-импульс и энергия-время фактически говорят о дополнительности классических волновой и корпускулярной теорий. Всем квантовым системам, которые изучаются в экспериментах, свойственно как волновое, так и корпускулярное поведение, и мы, выбирая методы эксперимента – волновое или корпускулярное зеркало, – вносим в измеряемые свойства неминуемую неопределенность. Эта неопределенность обусловлена не «топорностью» измерений, как утверждал Гейзенберг, а тем, что наш выбор метода вынуждает квантовую систему более выраженно демонстрировать один из двух типов поведения[19].
Опять-таки, в любой момент времени можно измерить и определить либо положение электрона, либо его импульс, но только не то и другое одновременно; точно так же обстоит дело и с его волновыми и корпускулярными свойствами. Если вы измеряете координаты электрона для данного момента времени, это означает, что в этот самый миг он находится где-то и не движется; следовательно, ставится под сомнение наличие у него еще и импульса, то есть его двойственная природа. Измерить импульс в этот момент времени невозможно. Можно лишь приблизительно, с определенной вероятностью, предположить его величину. При попытке измерить одно из парных свойств в системе проявляется комплементарность. Единую систему можно описать в терминах двух одновременно существующих режимов, и из одного описания нельзя вывести другое.
Бор работал над новой теорией полгода и впервые изложил ее своим именитым коллегам в 1927 году на Сольвеевской конференции, посвященной столетней годовщине смерти Алессандро Вольты. Эйнштейн не приехал и потому узнал о теории Бора лишь через месяц, когда тот вновь представил ее в Брюсселе. Мысль о двойственном описании и неопределенности Эйнштейну пришлась не по душе. Между ним и Бором завязался долгий спор, который длился много лет. Пытаясь развенчать квантовую теорию, Эйнштейн предлагал другой сценарий, однако это привело лишь к тому, что Бор выдвинул согласующийся со своей теорией аргумент, который разбил концепцию его оппонента. С тех пор в поддержку позиции Эйнштейна в том споре было высказано немало гипотез и проведено множество экспериментов[20], но все они оказались несостоятельны. Версию Бора о дополнительности, хотя и непопулярную среди сторонников детерминистского подхода, пока опровергнуть не удается.
По сути, они спорили о том, что считать объективным и чем занимается физика. Что было поставлено на карту, пояснил Роберт Розен:
В физике есть, по меньшей мере, установка на объективность. Это предполагает строгие разграничения между объективным, то есть прямо отвечающим ее требованиям, и необъективным. К тому, что остается за пределами этой области, в физике относятся по-разному. Одни считают, что какие-то вопросы не попадают в зону внимания физики из-за формулировок, и это проблемы технические и устранимые; то есть оставшиеся за бортом вопросы можно «свести» к тем, что уже включены в область физики. По мнению других, такие разграничения абсолютны и непреложны[21].
Бор принадлежал ко второй партии и утверждал, что наше восприятие света как потока частиц или волны зависит не от его свойств, а от выбора методов оценки и наблюдения. И свет, и аппарат измерения входят в систему. Бор считал классический мир слишком маленьким для того, чтобы описать все материальные объекты. По его теории, вселенная и все в ней существующее гораздо сложнее и одного-единственного протокола, составленного из законов классической физики, для нее недостаточно. Как пишет Розен, Бор преобразовал саму концепцию «объективности»: описание собственно материальной системы сменилось описанием всего, что связано с парой система-наблюдатель. У Эйнштейна это в голове не укладывалось, и он сосредоточился на классической физике, которая не принимает в расчет особенности измерения, а его результаты рассматривает как неотъемлемые свойства света. Согласно Эйнштейну, объективно только то, что не зависит от метода измерения и наблюдения. «Эйнштейн был убежден, что существует знание, которое само по себе заключено в чем-либо и не зависит от того, каким образом мы его получаем. Бор считал такую позицию «классической», несовместимой с квантовым подходом к реальности, который всегда требует уточнения условий данного события и несет цельную информацию о данном событии»[22].
Сформулированный Бором принцип дополнительности интересен не только в связи с научной перепалкой между Бором и Эйштейном. Как мы скоро увидим, он имеет огромное значение для решения вопроса о разрыве между психикой и мозгом.
Глава 8
От неживого к живому и от нейронов к психике
Безымянное есть начало неба и земли, обладающее именем – мать всех вещей
[13].
Лао-цзы
Приближается важный этап человеческой мысли, когда физиологическое и психологическое, объективное и субъективное действительно сольются.
