Квантовая реальность с позиции де Бройля и Бома
Крис Дьюдни. Школа наук о земле и окружающей среде, Портсмутский университет
Хотя интерпретацию де Бройля – Бома и нельзя назвать самой популярной среди физиков, существует несколько ее вариантов. Общим знаменателем различных подходов становится тот факт, что частицы обладают определенным положением, которое развертывается в соответствии с детерминистскими уравнениями движения. Зная некоторые изначальные положения всех частиц в системе (не забывайте, это нельзя контролировать – см. основной текст) и принцип изменения волновой функции с течением времени, можно точно рассчитать, как будут двигаться частицы. Таким образом, все будущее (и прошлое) системы, включая результаты любых проводимых измерений, становится предсказуемым. В этом отношении квантовая механика ничуть не более загадочна, чем классическая. Подходы различаются лишь нашим взглядом на то, как именно определяются траектории.
Изначально Бом заявил о существовании нового типа силы, происходящей из квантового потенциала и направляющей частицы в верные места, тем самым объясняя разницу между квантовым и классическим поведением. Бому хотелось на контрасте показать существенные различия между квантовым и классическим миром. Остальные приняли версию Джона Белла и заявили, что нам нужно лишь уравнение, которое определяет траектории (и которое само по себе следует считать новым типом закона природы), и что нам следует воздержаться от разговоров о квантовых потенциалах и квантовых силах, которые, к несчастью, облачают теорию в жуткую ньютоновскую форму. Одна из проблем, которые, возможно, в прошлом помешали принятию интерпретации де Бройля – Бома, заключается в том, что вручную эти траектории можно рассчитать лишь в самых простых и неинтересных случаях. Однако с конца 1970-х годов было проведено множество точных вычислений, начиная с эксперимента с двумя прорезями, которые ясно показывают, как именно работает этот подход.
Как в 1952 году заметил Бом, для интерпретации де Бройля – Бома характерна одна интересная черта: хотя основная теория и воспроизводит все ожидаемые результаты, варианты также возможны – они появляются при ослаблении некоторых допущений интерпретации, которые дают новые наблюдаемые эффекты. В настоящее время ведется работа по определению обстоятельств, в которых эти эффекты могут быть распознаны.
Одной из наиболее фундаментальных черт квантовой механики, которую обнажает интерпретация де Бройля – Бома, является нелокальность. Нелокальность представляет собой связанность отдельных систем в обстоятельствах, при которых, в соответствии с теорией относительности, между ними невозможно никакое физическое взаимодействие. Согласно теории относительности, все коммуникации должны происходить на скорости, которая меньше или равна скорости света, однако нелокальность нарушает это условие. Сегодня одним из самых интересных вопросов теории де Бройля – Бома можно назвать проблему согласования явной нелокальности с теорией относительности. Считается, что никакие возможные в квантовых системах измерения не могут обнажить конфликт с относительностью, наглядно продемонстрировав сверхсветовое взаимодействие: мы не можем использовать квантовую механику для передачи сигналов на скорости выше скорости света. Также считается, что любая реалистическая интерпретация квантовой механики должна включать в себя нелокальные процессы. Бом утверждал, что, даже несмотря на то что его интерпретация дает статистические результаты квантовой теории, которые, как известно, согласуются с теорией относительности, на фундаментальном уровне отдельных процессов (которые объясняют эти результаты) дух относительности все же нарушается. Следовательно, должно допускаться сверхсветовое взаимодействие. Более того, Бом утверждал, что вопреки основному принципу теории относительности существует специальная, или предпочитаемая, система отсчета, в которой взаимодействие происходит мгновенно. Многие физики не могут смириться с этим отходом от теории относительности даже на уровне скрытых процессов и считают это поводом не согласиться с подходом Бома. Проводились даже эксперименты с целью выяснить, какое условие эксперимента фиксирует предпочитаемую систему отсчета, в которой взаимодействия происходят мгновенно. Но помимо подхода Бома существуют и другие варианты.
В последнее время был сделан целый ряд различных предложений, показывающих, как можно расширить интерпретацию де Бройля – Бома, не прибегая к введению предпочтительной системы отсчета, а закладывая нелокальность в насквозь релятивистский подход. Эта работа показывает, что основную критику теории де Бройля – Бома, заключающуюся в том, что она противоречит теории относительности, можно свести на нет. Само собой, дел еще много, особенно в отношении процессов, описываемых релятивистской теорией квантового поля. Однако суть в том, что однозначного аргумента против интерпретации де Бройля – Бома не существует, а все замечания к подходу объясняются предрасположенностью к конкретным идеям в противовес другим.
