Проблема полноты квантовой механики

Волновая функция объекта несет в себе всю доступную о нем информацию, но информация эта дает возможность установить лишь вероятность тех или иных значений физических величин, характеризующих объект. Это казалось шагом назад по сравнению с классической механикой и электродинамикой, которые обещали точность и однозначность. Именно поэтому многие высококлассные физики, сформировавшиеся как ученые до возникновения квантовой механики, не приняли новых взглядов, и среди них те, кто заложил первые камни в фундамент квантовых представлений — М. Планк и А. Эйнштейн.

Для Эйнштейна были неприемлемы положения как о неопределенности состояния системы в классическом смысле, так и о принципиально вероятностном поведении материальных объектов. Широкую известность получила его фраза: «Бог не играет в кости!» Он потратил массу усилий на то, чтобы доказать ограниченность квантовой механики, что вылилось в многолетнюю дискуссию с Н. Бором.

Эйнштейн систематически выдвигал аргументы и формулировал парадоксы, которые призваны были продемонстрировать логическую противоречивость или, по крайней мере, неполноту квантовой механики. Бор же, внимательно рассмотрев очередной парадокс, неизменно показывал, что он отражает не противоречия в основах квантовой теории, а ограниченность привычных представлений о мире. Сам Бор подчеркивал, что глубокие и нетривиальные возражения Эйнштейна оказали важное влияние на эволюцию квантовой теории. В конечном счете они способствовали кристаллизации квантовой, неклассической картины мира.

Эйнштейн выдвинул тезис о неполноте квантовой Механики, согласно которому на самом деле характеристики частицы могут быть предсказаны строго и однозначно, но это требует знания некоторых пока неизвестных нам величин, определяющих поведение частиц. Эти гипотетические величины получили название скрытых параметров. Согласно Эйнштейну, вероятностное описание мира, которое предлагает квантовая механика, отражает лишь незнание скрытых параметров, подобно тому как в МКТ использование вероятностного подхода есть следствие неспособности учесть движение каждой из бесчисленных молекул. Будь великий физик прав, можно было бы построить теорию, объясняющую и предсказывающую все то, что объясняет и предсказывает квантовая механика, но на основе классических представлений. Эйнштейн даже приготовил для нее название — Единая Теория Поля — и отдал работе над ней практически все последние 30 лет жизни, но, увы, безуспешно.

Спустя несколько лет после смерти Эйнштейна в 1955 году британский физик Д. С. Белл обнаружил, что из одного лишь предположения о существовании скрытых параметров вытекают следствия, поддающиеся экспериментальной проверке. Он сформулировал эти следствия в виде неравенств. Если бы скрытые параметры — неважно, какие именно и в каком количестве, — существовали и определяли поведение частиц, неравенства Белла должны были бы выполняться всегда.

Однако проведенные эксперименты показали, что неравенства Белла часто нарушаются. Это доказало, что гипотеза «скрытых параметров» неверна, квантовая механика является полной теорией в области своей применимости, а в поведении материальных тел действительно присутствует принципиально неустранимый элемент случайности, который можно описать только вероятностными законами.