Уравнение Шредингера. В 1926 году австрийский физик Э. Шредингер опубликовал знаменитое уравнение, носящее его имя, которое в квантовой механике играет такую же фундаментальную роль, как уравнения движения Ньютона в классической механике и уравнения Максвелла в классической теории электромагнетизма. Это уравнение является математическим выражением фундаментального свойства микрочастиц – корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому все существующие в природе частицы наделены также волновыми свойствами.
С математической точки зрения уравнение Шредингера есть волновое уравнение и по своей структуре подобно уравнению, описывающему колебания нагруженной струны. Однако в отличие от решений уравнения колебания струны в данный момент времени решения уравнения Шредингера прямого физического смысла не имеют. Смысл имеет квадрат волновой функции (пси-функции), которую Шредингер ввел в свое уравнение феноменологическим (подгоночным) путем, рассматривая ее как некое неизвестное материальное поле. Как правило, феноменологические подходы используются для систематизации данных опыта в тех областях физики, где фундаментальные теории еще не созданы. Как показало время, именно вокруг проблемы редукции[2] волновой функции возникли первые симптомы кризиса науки, не учитывающей сознание в своих исследованиях (4).
Уравнение Шредингера описывает изменение во времени состояния квантового объекта, характеризуемого волновой функцией. Волновая функция (пси-функция) в квантовой механике – это величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (электрона, протона, атома, молекулы) и вообще любой квантовой системы. Если известна волновая функция в начальный момент времени, то, решая уравнение Шредингера, можно найти волновую функцию в любой последующий момент времени. В этой части квантовая теория вполне детерминирована (определена). Но волновая функция не наблюдаемая величина.
О наблюдаемых же величинах на основе знания волновой функции можно сделать лишь вероятностные (статистические) предсказания. Ибо квадрат волновой функции равен вероятности нахождения частицы (системы) в момент времени t в квантовом состоянии n в точке пространства с координатами x, y, z. Частица может быть обнаружена в любой точке пространства, в которой волновая функция отлична от нуля. Однако в момент измерения над этим объектом невозможно предсказать, каков будет результат этого процесса, и при проведении серии одинаковых экспериментов над одинаковыми системами каждый раз будут получаться разные результаты. Причины, влияющие на выход из этого события, остаются неизвестными.
Словом, результаты индивидуального измерения над квантовым объектом оказались непредсказуемыми, а это означает отказ от причинной обусловленности всех явлений и переход к неопределенности, к индетерминизму.
Время показало, что уравнение Шредингера не является панацеей. В этом отношении интересно высказывание дважды лауреата Нобелевской премии химика Лайнуса Полинга: «Мы можем верить физику-теоретику, который говорит нам, что все свойства можно рассчитать с помощью известных методов решения уравнения Шредингера. Однако в действительности мы видели, что за 30 лет, прошедших с открытия уравнения Шредингера, было сделано всего лишь несколько точных неэмпирических квантово-механических расчетов свойств вещества, в которых заинтересован химик. Для получения большей части информации о свойствах веществ химик все еще должен опираться на эксперимент» (13).
Вопрос о том, чем является волновая функция в уравнениях Шредингера, то есть какое физическое поле она представляет, волнует ученых до сих пор.
Отказ от детерминизма и его последствия. Фундаментальная неопределенность в квантовой теории разделила ученый мир на две группы, которые придерживались противоположных точек зрения на эту проблему. Одни предпринимали попытки восстановить идею полного детерминизма введением предположения о неполноте квантово-механического описания. Например, высказывалась гипотеза о наличии у квантовых объектов дополнительных степеней свободы – «скрытых параметров», учет которых сделал бы поведение системы полностью детерминированным в смысле классической механики. По мнению сторонников этой гипотезы, неопределенность возникает только вследствие того, что «скрытые параметры» пока неизвестны и поэтому не учитываются. Такой точки зрения придерживались Эйнштейн, Планк, де Бройль, Шредингер, Лоренц, Бом и др.
Другая группа ученых была убеждена, что в основе мироздания лежит индетерминизм, а обсуждаемая особенность квантовой теории есть адекватное отображение мира. Эту точку зрения разделяли Бор, Гейзенберг, Борн, Паули, Дирак, фон Нейман и др. Так, используя в качестве исходного условия основное положение квантовой механики о соответствии между операторами и наблюдаемыми величинами, американский ученый Дж. фон Нейман доказал теорему о невозможности нестатистической интерпретации квантовой механики (4). Эта теорема явилась мощной опорой, заложенной в фундамент индетерминизма. Немецкий физик-теоретик М. Борн призвал ученых «отказаться от основного принципа старой физики – детерминированной причинности».
Это, по его мнению «позволило развитие квантовой механики, частично объяснившее и парадоксальное положение, при котором одновременно признавалась справедливость как волновой, так и корпускулярной теории света… причем первая подтверждалась явлением интерференции, а вторая – фотоэлектрическим эффектом» (14).
По этому поводу современные ученые В. И. Ставицкий и Н. А. Ставицкая пишут в своей книге:
Действительно, как же избежать противоречий, не жертвуя ни «детерминированной причинностью», ни законом сохранения энергии – импульса в фотоэлектрическом эффекте? Пожертвовали причинностью, тем более что в рамках основного положения квантовой механики проверка передачи импульса фотона электрону фототока не доступна. Доступное измерению световое давление – другое дело. Этот факт не привел к противоречиям волновой и квантовой трактовок света (14).
Действительно, наиболее простым способом решить возникшую проблему оказался отказ от причинности. Индетерминизм в квантовой теории занял привилегированное положение.
Впоследствии выяснилось, что отказ от основного принципа старой физики – детерминированной причинности – потребовал других «жертв»: за статистической трактовкой квантовой механики оказалась скрытой реальная волновая природа информационного обмена. Слона-то я и не заметил.
Сегодня все большее количество ученых начинает понимать, что физика ХХ века была «чисто энергетической», то есть изучала движение и взаимодействие вещества и энергии, оставив вне рассмотрения все, что касается движения и превращения информации. Физики досконально изучили и глубоко внедрили через технические науки в практику нашей жизни три «неживых» фундаментальных взаимодействия: гравитационное, электромагнитное и сильное. Но физика ХХ века даже не прикоснулась к особенному взаимодействию живых материальных тел, а именно информационному, которое является основным по своему масштабу и роли в живой природе. Поэтому она была «физикой неживого» и оставалась ею даже тогда, когда брала в свои предметы живое и пыталась изучить своими средствами, созданными для изучения неживого.
Доктор философских наук В. А. Колеватов пишет:
XXI век должен исправить недосмотр физиков прошлого века: это особенное физическое взаимодействие вещества живых тел через потоки актуальной (для живого), управляющей движением живых тел информации является главным, основным отличительным признаком, отделяющим живую природу от неживой и физику живых тел от физики неживых тел (15).
Но к такому выводу ученые пришли только в конце ХХ века, а тогда большинство из них, считая отказ от «детерминированной причинности» непреодолимым, не задумывались о потере информации. Тем не менее были и другие, которые разными путями продолжали искать доступ к скрытому взаимодействию, нелокальному обмену информацией без обмена энергией.
Так, по инициативе Аронова и Бома были поставлены эксперименты, подтверждающие реальность скрытых параметров и доказывающие, по существу, возможность информационного обмена без передачи энергии (14). Опыт Аронова – Бома изменил представление об электромагнитном поле, которое раньше представлялось только как колебания полей электрической и магнитной напряженностей, и убедительно доказывал, что за пределами электромагнетизма, глубже вектора магнитной напряженности, скрыта некая «тайная сущность».
К сожалению, опыты потребовали чрезвычайно сложной техники, и большинству ученых осталось только пожалеть об отсутствии приборов, регистрирующих поля, ответственные за эффект Аронова – Бома.
