“Физика и реальность”

Великий спор Эйнштейн с Бором и Гейзенбергом о квантовой механике был не просто о том, подбрасывает ли Бог кости или оставляет кота наполовину живым. Он даже не был только о причинности, локальности или даже полноте. Это был спор о реальности³⁶. Существует ли она? Точнее, имеет ли смысл говорить о физической реальности, существующей независимо от того, можем ли мы как-либо наблюдать ее? “В основе проблемы, – говорил Эйнштейн о квантовой механике, – вопрос не столько причинности, сколько реалистичности”³⁷.

Бор и его сторонники высмеивали саму возможность задать вопрос о том, что скрывается за наблюдением. Все, что доступно нам, – это только результаты наших экспериментов и наблюдений, а не реальность, находящаяся за пределами наших ощущений.

Эйнштейн и сам когда-то давно, в 1905 году, в какой-то мере отдал должное такому подходу, когда, читая Юма и Маха, пришел к отрицанию таких ненаблюдаемых понятий, как абсолютное пространство и время. “В то время мой способ рассуждений был гораздо ближе к позитивизму, чем позднее, – вспоминал он. – Отход от позитивизма произошел только тогда, когда я покончил с общей теорией относительности”³⁸.

С этого времени уверенность Эйнштейна в том, что объективная классическая реальность действительно существует, все росла. И хотя можно видеть некую преемственность между его образом мыслей в ранние и более поздние годы, он легко сознавался, по крайней мере себе, что его реализм означает отход от юношеской приверженности эмпиризму Маха. “Эти идеи, – говорил он, – отличаются от моих юношеских воззрений”³⁹. Как замечает историк Джеральд Холтон, “для ученых подобная перемена философских взглядов является редкостью”⁴⁰.

Концепция реализма Эйнштейна содержит три основных положения.

1. Он верил, что реальность существует вне зависимости от нашей возможности наблюдать ее. В своих автобиографических заметках он сформулировал это так: “Физика – это попытка осмысления на понятийном уровне реальности, которая предполагается независящей он наблюдений. В этом смысле можно говорить о “физической реальности””⁴¹.

2. Он верил в сепарабельность и локальность. Другими словами, в то, что тела локализованы в определенных точках пространственно-временного континуума, и эта разъединенность является одним из свойств, их определяющих. “Если отбросить предположение, что существующее в разных частях пространства обладает собственным, независимым существованием, я просто не могу себе представить, что должна описывать физика”, – объявил он Максу Борну⁴².

3. Он верил в строгое соблюдение принципа причинности, что подразумевает достоверность и классический детерминизм. Идея, что в нашей реальности есть место вероятностям, смущала его в той же степени, как и предположение о том, что наши наблюдения могут играть роль в коллапсе этих вероятностей. “Некоторые физики, я сам отношусь к их числу, не могут поверить, – говорил он, – что мы должны согласиться с точкой зрения, согласно которой события в природе происходят по воле случая”⁴³.

Можно представить себе реальность, где сохраняются только два или даже только одно из этих требований. Иногда Эйнштейн обдумывал такую возможность. Ученые спорят, какое из этих свойств являлось с точки зрения Эйнштейна основополагающим⁴⁴. Но Эйнштейн продолжал надеяться и верить, что все три эти признака реальности сосуществуют вместе. В конце жизни в речи, произнесенной на съезде ученых в Кливленде, он заявил: “Все вернется на круги своя к познаваемым объектам в пространстве и во времени и к установлению связей, сходных с законами, для этих объектов”⁴⁵.

В основе его реализма было почти религиозное или, возможно, детское благоговение перед тем, как наши чувственные ощущения – случайные зрительные образы и звуки, поступающие к нам ежеминутно, – складываются в единое целое, следуют определенным правилам и обретают смысл. Мы считаем само собой разумеющимся, что наши ощущения в их совокупности определяют то, что мы воспринимаем как внешние по отношению к нам тела. И нас не удивляет, когда нам кажется, что есть законы, управляющие этими телами.

Эйнштейн, как и тогда, когда он был маленьким мальчиком, у которого в руках впервые оказался компас, испытал трепет, представляя себе, что не чистая случайность, а некие правила управляют нашими ощущениями. В основе его реализма было как почтение перед этой удивительной и неожиданной возможностью понять вселенную, так и особый характер того, что он называл своим религиозным чувством.

Он объяснил это в эссе “Физика и реальность”, написанном в 1936 году по следам споров о квантовой механике, где он выступил в роли защитника реализма. “Сам факт, что вся совокупность наших чувственных ощущений такова, что может быть упорядочена с помощью разума, вызывает благоговейный трепет, – писал он. – Вечная тайна мира состоит в его познаваемости… Чудом является возможность его познания”.⁴⁶

Морис Соловин, друг Эйнштейна, с которым они читали Юма и Маха во времена “Академии Олимпия”, говорил ему, что находит “странным”, что познаваемость мира он считает “чудом или вечной загадкой”. Эйнштейн на это отвечал, что было бы логично предположить обратное. “Да, априори можно было бы ожидать, что мир хаотичен и умом его не постичь, – писал он. – В этом и есть слабость позитивистов и профессиональных атеистов”⁴⁷. Эйнштейн не был ни тем ни другим.

Для Эйнштейна вера в существование основополагающей реальности обладала религиозной аурой. Это пугало Соловина. Он написал Эйнштейну, что испытывает “отвращение” к такому языку. Эйнштейн не согласился: “Я не могу подобрать лучшего слова, чем “религиозным”, для такой веры в рациональную природу реальности и ее в какой-то мере доступности для человеческого разума. Когда это чувство утеряно, наука вырождается в бессмысленный эмпиризм”⁴⁸.

Эйнштейн знал, что молодежь считает его ретроградом, цепляющимся за старое понятие достоверности из классической физики, и это развлекало его. “Даже невероятный первоначальный успех квантовой механики не заставит меня поверить, что в основе всего лежит игра в кости, – говорил он своему другу Максу Борну, – хотя я полностью осознаю, что наши молодые коллеги считают это признаком старческого маразма”⁴⁹.

Борн, горячо любивший Эйнштейна, соглашался с “младотурками”: он стал “консерватором”, как те физики предыдущего поколения, кто отказывался от его теории относительности. “Он не мог больше воспринимать некоторые новые физические идеи, противоречившие его собственным философским воззрениям, которых он твердо придерживался”⁵⁰.

Но сам Эйнштейн предпочитал думать о себе не как о консерваторе, но как (опять) о бунтаре, нонконформисте, который с любопытством и упорством сопротивляется господствующим фантазиям. “Говорят, что необходимость рассматривать природу как объективную реальность – это вышедший из моды предрассудок, а превозносить надо квантовых теоретиков, – сказал он Соловину в 1938 году. – У каждой эпохи есть свой доминирующий настрой, а в результате большинство людей не видят тирана, который ими управляет”⁵¹.

В книге “Эволюция физики”, написанной в соавторстве с Леопольдом Инфельдом в 1938 году, Эйнштейн тоже настойчиво продвигает свой реалистический подход. Вера в “объективную реальность”, утверждается в книге, во все времена позволяла делать величайшие научные открытия, продемонстрировав тем самым, что эта концепция хотя и недоказуема, но полезна. “Без веры в то, что наши теоретические построения дают возможность понять реальность, без веры во внутреннюю гармонию нашего мира науки быть не может, – утверждается в книге. – Подобная вера есть и всегда будет основополагающим мотивом любого научного творчества”⁵².

Кроме того, в то время как квантовая механика уверенно двигалась вперед, Эйнштейн выступил в защиту полевых теорий. Лучше всего сделать это можно было, представив частицы не независимыми объектами, а специальным проявлением поля как такового:

Не имеет смысла рассматривать материю и поле как две абсолютно разные величины… Можно ли, не отрицая понятия о материи, построить чисто полевую физику? Можно считать, что материя – это та область пространства, где поле чрезвычайно сильное. С этой позиции брошенный камень представляет собой меняющееся поле, где состояния наибольшей интенсивности перемещаются в пространстве со скоростью камня⁵³.

Была еще одна, третья и более личная причина, по которой Эйнштейн согласился стать соавтором этой книги. Он хотел помочь Леопольду Инфельду, бежавшему из Польши еврею, который недолго поработал в Кембридже с Максом Борном, а затем перебрался в Принстон⁵⁴. Инфельд начал заниматься теорией относительности с Банешем Хоффманом, а затем они решили попытаться привлечь к своей работе Эйнштейна. “Давайте посмотрим, не согласится ли он работать с нами”, – предложил Инфельд.

Эйнштейн был в восторге. “Мы делали всю грязную работу, решали уравнений и так далее, – вспоминал Хоффман, – потом докладывали свои результаты Эйнштейну, а затем происходило нечто напоминавшее заседание военного штаба. Иногда его идеи, казавшиеся совершенно неожиданными, были просто замечательны”⁵⁵. В 1937 году, когда они работали с Инфельдом и Хоффманном, Эйнштейн предложил очень красивый способ, позволявший достаточно просто объяснить движение планет и других массивных тел, которые сами приводят к искривлению пространства.

Но их работа над единой теорией поля не ладилась. Временами положение казалось столь безнадежным, что Инфельд и Хоффманн совсем падали духом. “Но Эйнштейна мужество никогда не покидало, а его изобретательность всегда оставалась при нем, – вспоминал Хоффман. – Когда напряженная дискуссия оканчивалась ничем, Эйнштейн спокойно говорил на своем старомодном английском “Я немного подумаю””. Наступала тишина, а Эйнштейн начинал медленно мерить комнату шагами или ходить по ней кругами, накручивая прядь волос на указательный палец. “У него был отсутствующий, рассеянный, обращенный внутрь себя взгляд. Никаких следов напряжения. Никаких внешних указаний на полную сосредоточенность”. А через несколько минут он неожиданно возвращался обратно к людям, “на лице улыбка, а на губах решение возникшей проблемы”⁵⁶.

Эйнштейн был так доволен помощью Инфельда, что постарался убедить Флекснера взять его на постоянную работу в Институт. Но Флекснер, раздраженный тем, что руководство Института уже заставило его принять на работу Вальтера Майера, всячески этому препятствовал. Эйнштейн даже сам явился на собрание совета Института, надеясь уговорить своих коллег выделить Инфельду небольшую стипендию в боо долларов, но и это ни к чему не привело⁵⁷.

Тогда Инфельду пришел в голову план написать совместно с Эйнштейном учебник по истории физики, который, без сомнения, будет успешным, а гонорар можно будет разделить пополам. Инфельд пришел к Эйнштейну со своей идеей, почти онемев от смущения, но все же смог, заикаясь, объяснить, что он предлагает. “Это совсем не глупая идея, – сказал Эйнштейн. Совсем не глупая. Мы так и сделаем”⁵⁸.

В апреле 1937 года Ричард Саймон и Макс Шустер, основатели издательского дома, публикующего биографии, приехали к Эйнштейну в Принстон, чтобы подписать договор о правах на рукопись. Шустер, который был общительным человеком, решил шутками добиться расположения Эйнштейна. Он сказал, что обнаружил нечто превышающее скорость света: “Это скорость, с которой приехавшая в Париж женщина устремляется за покупками”⁵⁹. Эйнштейну шутка понравилась, по крайней мере, именно так об этом вспоминал Шустер. Во всяком случае, его поездка была успешной, и “Эволюция физики”, которая сейчас переиздается в сорок четвертый раз, обеспечила не только пропаганду полевых теорий и веры в объективную реальность, но и большую финансовую безопасность Инфельда (и Эйнштейна).

Обвинить Инфельда в неблагодарности нельзя. Позднее он назвал Эйнштейна “возможно, самым великим ученым и самым добрым человеком, когда-либо жившим на земле”. Кроме того, еще при жизни своего наставника он написал биографию Эйнштейна, превознося его за то, что в поиске единой теории поля он не оглядывается на общественное мнение. “Упорство, с которым он годами занимается решением одной и той же задачи, возвращаясь к ней опять и опять, – определяющая черта таланта Эйнштейна”, – написал Инфельд⁶⁰.