Обнаружена неизвестная работа Шредингера о случайности в природе

Историк физики Флавио Дель Санто из Женевского университета обнаружил в архиве Университета Вены неопубликованную трехстраничную рукопись Эрвина Шредингера, которая пролежала незамеченной более 80 лет. Этот лаконичный документ содержит неизвестный ранее вклад одного из создателей квантовой механики в фундаментальный спор о природе физической реальности и роли случая во Вселенной. Исследовательская статья доступна на сервере препринтов arXiv.

Находка раскрывает неожиданную сторону научных взглядов великого ученого. Шредингера нередко считали противником фундаментальной квантовой случайности, близким по взглядам к Эйнштейну. Однако найденная рукопись показывает, что его позиция была сложнее. Оказалось, австрийский физик еще задолго до появления квантовой теории допускал, что определенные процессы в природе принципиально не поддаются предсказанию.

«Самый сильный аргумент в пользу индетерминизма появился раньше самой квантовой механики», — прямо указал Шредингер в найденном тексте.

В классической физике абсолютной случайности не существует: бросок игральной кости или падение монеты строго подчиняются законам механики, и результат можно точно рассчитать при наличии всех начальных данных. Эта концепция называется детерминизмом и долгое время служила фундаментом научного мировоззрения.

Однако микромир разрушил привычную логику — поведение фотонов и электронов описывается лишь законами вероятности, из-за чего ученые раскололись на два лагеря в попытках понять, фундаментальна ли эта случайность или обусловлена некими скрытыми параметрами.

Гипотеза скрытых параметров предполагала наличие еще неизвестных физических величин, знание которых вернуло бы квантовым процессам строгую предсказуемость. Однако в 1932 году математик Джон фон Нейман представил строгое доказательство невозможности таких переменных, что фактически заморозило исследования в этом направлении на целое десятилетие, несмотря на критику со стороны отдельных специалистов вроде Греты Германн.

Ситуация изменилась в 1940-х годах, когда математик Эдмунд Уиттекер и физик Шатьендранат Бозе независимо друг от друга заявили об окончательном крахе детерминизма. Уиттекер, в частности, предложил мысленный эксперимент с фотонами и поляризатором: изменение ориентации фильтра прямо во время полета частицы доказывало, что никакой скрытой внутренней инструкции у фотона быть не может. В июле 1944 года журнал Nature опубликовал статью «Крах детерминизма», что вызвало волну горячих научных споров на страницах издания.

Поляризатор — это фильтр, который пропускает свет в зависимости от его поляризации, то есть направления колебаний электрического поля световой волны. Для отдельного фотона результат один из двух: он пройдет через фильтр или не пройдет. Идея описанного мысленного эксперимента такая: 1. Фотон отправляют к поляризатору. 2. Пока он летит, фильтр поворачивают. 3. Вероятность прохождения меняется в зависимости от нового угла. Логика аргумента Уиттекера: если фотон заранее несет готовую «инструкцию» — пройти или не пройти, — как она может учитывать положение фильтра, которое изменили уже после отправки фотона?

Следивший за дискуссией Шредингер решил внести свой вклад и подготовил собственный ответ под аналогичным заголовком. Он математически опроверг аргумент Уиттекера, указав на необоснованность предположения, будто скрытая переменная частицы может принимать лишь два значения — прохождение или отражение. Скрытая «инструкция» не обязана быть заранее записанным ответом из двух вариантов. Она может быть некоторой величиной, которая вместе с положением фильтра определяет результат при встрече. Как ключ и замок: итог зависит от обоих.

Шредингер предложил альтернативную математическую модель, в которой переменная могла принимать непрерывный диапазон значений от нуля до единицы. Результат взаимодействия в его расчетах зависел как от скрытого параметра фотона, так и от угла наклона поляризатора, что позволило безупречно воспроизвести стандартные квантовые вероятности без привлечения подлинной случайности. Более того, физик сформулировал правило обновления этой переменной после прохождения фильтра для корректного описания последующих измерений.

При этом цель заключалась не в фанатичной защите детерминизма, а в демонстрации научной корректности: он стремился показать несостоятельность доказательств его абсолютной невозможности. Шредингер резюмировал, что ни логический вывод, ни эмпирические данные не способны окончательно исключить детерминистический или индетерминистический взгляд на реальность.

По неизвестным причинам ученый так и не отправил рукопись в печать — вероятно, из-за того, что в том же 1944 году схожую модель опубликовал Генрих Пельцер. Документ остался в архиве, хотя математическое решение Шредингера было более полным и детальным.

Как отмечает Дель Санто, еще в 1920-х годах под влиянием Франца Экснера Шредингер рассматривал классический детерминизм скорее как философское предубеждение, утверждая, что законы природы вполне могут иметь изначально статистическую природу. Созданная им модель скрытых переменных служила лишь инструментом против догматизма коллег, заявлявших о невозможности детерминистического описания.

Сегодня исследователи продолжают спорить о природе квантовых измерений, а обнаруженная работа наглядно демонстрирует открытость мышления одного из отцов квантовой эры, который оставил вопрос об устройстве Вселенной принципиально открытым.

Физики нашли порядок внутри непредсказуемости

Физики создали рекордно большого «кота Шредингера» из фотонов

Американские ученые завершили столетнюю теорию цвета Шредингера

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX