Вместе с Эйнштейном мы добрались до границы детерминированного мира. Данную структуру определенности взбудоражили два революционных открытия. Первым была квантовая теория. Вторым - ниспровержение четности. Само по себе каждое из этих открытий драматически изменило взгляд человека на вселенную и его понимание природы физической реальности.

Очень многое написано о квантовой теории. На мой взгляд, философские рассуждения более важны, чем ее любые физические эффекты, и очень важно рассматривать их в контексте целостной реальности, если мы хотим в совершенстве разобраться, как и почему работает вселенная. Меньше было написано о падении четности, однако рассуждения об этом открытии также очень важны для понимания реальности физического бытия.

Квантовая теория имела два важных практических эффекта. Во-первых, было обнаружено, что на внутриатомном уровне могут возникать лишь такие изменения, которые кратны целым числам. Следовательно, на этом уровне природа дискретна и прерывиста. Во-вторых, на субатомном уровне природа недетерминирована. В этом мире нет четких законов. На этом уровне бытия будущее не может быть предсказано на основании знания существующих сил, как постулировал Пьер Лаплас. И силы науки не могут быть брошены на раскрытие единых законов, для которых не существовало бы исключений, как утверждал Бертран Рассел. Вселенная внезапно ожила, она стала живым процессом, где все было частью всего, где единственной реальностью было изменение, неподвижная точка вращающегося мира.

Эйнштейн сформулировал свое знаменитое уравнение, заявляющее, что масса и энергия взаимопревращаемы, так что одно может перейти в другое. Но до сих пор не возникало вопроса, рассматривал ли он одновременное существование и того, и другого. И тем не менее, это состояние, как оказывается, существует. В одной ситуации электрон ведет себя как частица, а в другой - как волна. Как смогли ученые обойти эту, по видимому, неразрешимую проблему?

Поскольку эта дилемма разделила взгляды ученых на физическую вселенную, то стоит рассмотреть ее несколько подробнее. Сама проблема появилась в центре внимания дважды. Во-первых, в хорошо известном эксперименте с двумя щелями. В этом эксперименте пучок электронов направлялся на экран, в котором были прорезаны две узкие щели, ширина которых была такой, чтобы через них мог пролететь электрон. Когда электроны пролетали через щель, то они попадали на второй экран и с его помощью регистрировались. Проходя через щели, электроны по отдельности вели себя как частицы, но когда общее количество электронов попадало на второй экран, то можно было наблюдать волновой паттерн. Следовательно, электроны вели себя как частицы и волны в одно и то же время, что, в соответствии с традиционными научными законами и со здравым смыслом, невозможно.

Во вторых, Вернер Гейзенберг в Принципе Неопределенности, сформулированном в 1927 г., показал, что невозможно измерить одновременно и импульс, и положение электрона и поэтому невозможно узнать, частица это или волна. Дело заключалось в том, что при попытке измерить положение, наблюдателю требовалось приложить достаточно большую световую энергию, которая изменяла импульс электрона, а если прикладывалась меньшая по величине энергия, то измерить положение в точности становилось невозможно.

В свое время возникла бурная полемика на тему, что же собой выражал этот принцип. Некоторые ученые считали, что он просто говорит о невозможности измерения и того, и другого, однако объективно и то, и другое действительно существует одновременно. Другие полагали, что реальные попытки измерения влияют на состояние электрона и, следовательно, все, на что мы обращаем внимание на данном уровне бытия, будет изменено самим фактом обращения внимания. Согласно Бору и его коллегам, следует сделать вывод: все, что не может быть измерено, не может быть реальным. Сам Гейзенберг не мог понять, как субатомное бытие могло содержать в себе одновременно свойства частицы и волны. Разговаривая поздно ночью с Бором, он спросил: "Возможно ли, чтобы природа была столь абсурдна, какой она кажется нам в этих экспериментах с атомом?"

Принцип Гейзенберга также называли принципом Недетерминизма, поскольку вне зависимости от того, что он собой выражал, было ясно, что на субатомном уровне детерминированная структура, существование которой предполагалось физиками, не существовала. Объективная вселенная "вовне" больше не была реальностью. С философской точки зрения важно следующее - так как точное знание сиюминутного состояния невозможно, поэтому точное знание будущих состояний также невозможно, поэтому нет причины полагать, что события, происходящие на атомном уровне, предопределены заранее.

Итак, что же ученые обнаружили на субатомном уровне? Они назвали открытые ими "кусочки" "элементарными частицами", и число их выросло настолько, что превысило даже число известных элементов Таблицы Менделеева. Вместо единения и простоты, которых ученые так искали, они были ввергнуты в еще большее замешательство и многообразие. Но реальны ли эти "кусочки"? Это осязаемые предметы, которые существуют реально, либо это просто удобные модели?

Гейзенберг заявил: "В свете квантовой теории ... элементарные частицы больше не являются реальностью в смысле объектов повседневной жизни, деревьев или камней". Генри Стапп утверждал: "Элементарная частица не является независимо существующей, не поддающейся анализу сущностью. Это, по существу, есть группа взаимоотношений, которая проецируется вовне на другие предметы и явления".

Квантовая теория создала мир парадокса. Мир, где явление, как оказывается, имеет несходные свойства. Где трудно сказать, что предмет существует или не существует. В отличие от мира непрерывности и плавного течения, частицы перепрыгивают от места к месту. Вместо объективного мира, отделенного от наблюдателя выходит, что "вовне" перестает существовать независимо. Кроме прежней организации вселенной, оказывается, может существовать иная организация, включающая в себя всеобщую изменчивость и разнообразие реальности.

Другим важным открытием этого века было ниспровержение четности. Статья, вышедшая под заголовком "Слабое взаимодействие нарушает сохранение четности" вслед за совершением данного открытия в 1956 г., поразила мир физиков подобно молнии. Это было нечто совершенно невообразимое, изменившее основу видения физического мира. В прежние времена полагалось, и это предположение составляло одну из прочнейших основ научной веры, что мир симметричен. Что каждое действие создает особенную реакцию, и несмотря на то, что масса может преобразовываться в энергию и наоборот, но общее количество массы-энергии во вселенной всегда будет одно и то же.

Данный закон симметрии, или представление о существовании такового, являлся основой научного предсказания. Если общее количество энергии в мире сохранялось и каждое действие создавало следствие, то будущее можно было бы в принципе вычислить, и мир, таким образом, был бы детерминированным. Но если существовало некоторое расхождение с нормой, тогда вводилась возможность свободы. И было бы невозможно, даже теоретически, рассчитать, какие следствия получались бы в результате специфического действия или эксперимента. Уже Луи Пастером было открыто, что органическая жизнь не была физически симметричной, и это явление явилось основой для различения живой и мертвой материй.

А теперь два физика китайского происхождения, Чен Нин Ян и Цун Дао Ли обнаружили, что сохранение четности не соблюдается в слабых взаимодействиях. Узнав об этой гипотезе, Мадам Чин-Шин Ву, профессор физики Колумбийского университета, решила подвергнуть ее практической проверке.

Эксперимент выполнялся на излучателе бета частиц, активной средой которого служил кобальт-60. В результате слабого взаимодействия бета частицы излучались из северного и южного полюсов атомов. Ожидалось, что не будет различия в среднем числе частиц, вылетающих из одной и из другой стороны. Вольфганг Паули, с нетерпением ожидавший результатов, огласил ожидания научного мира: "Я не верю, что Господь Бог немного левша, и я готов держать пари на очень крупную сумму, что эксперименты дадут симметричный результат". Профессор Паули проиграл пари, когда узнал, что большинство частиц вылетало из южного полюса.

Значимость этого открытия была как общей, так и частной. Частная значимость заключается в том, что впервые стало возможным провести разграничение между северным и южным полюсами. Общая значимость состоит в фундаментальном осознании, что мир не полностью симметричен.

В те годы пытались утверждать, что общая значимость - не такой уж существенный момент; сейчас волнение улеглось, шок, вначале сопровождавший открытие, спал. Ученые достаточно справедливо указывают на то, что слабое взаимодействие - это такой тип взаимодействия, о котором мы знаем меньше всего, и возможно, что оно менее всего значимо среди известных на сегодня четырех сил. И может быть хорошо, что кроме обсуждения о различиях между северным и южным полюсами, данное открытие не принесло еще каких-либо практически важных результатов.

Впрочем, это не так уж и важно. Суть в том, что обнаружен изъян в восприятии мира как полностью симметричной конструкции. С точки зрения философии ясно, что восприятие мира, существовавшее до открытия, уже не то. Что видение мира больше не преподносит нам реальность такой, какой она была известна нам ранее. Важно то, что на физический уровень бытия был внесен элемент свободы, и этот факт наиболее жизненно важен для понимания природы материи и мира, в котором мы живем.