Как изменить атомистическую концепцию

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 13Следующая ⇒

Я думаю, что нельзя поддержать ни одну из этих крайних точек зрения. Мне кажется правильной обычная интерпретация квантовой механики, которая пытается примирить оба аспекта явления – волны и частицы.

Физическая реальность

Представление о реальности в физическом мире на протяжении последнего столетия стало несколько проблематичным. Противоречие между простой и очевидной реальностью бесчисленных приборов, машин, двигателей и аппаратов всех видов, созданных промышленностью и лежащих в основе прикладной физики, и неясной и абстрактной реальностью основных физических понятий вроде сил и полей, частиц и квантов, несомненно, запутанное. Оно имеется уже между чистым и прикладным естествознанием, между представителями которых образовалась пропасть, могущая привести к опасному отчуждению. Чтобы преодолеть этот разрыв «реальности», как ее представляют в теории и на практике, физика нуждается в обобщающей философии, выраженной на повседневном языке. Я не философ, а физик-теоретик. Я не могу предложить никакой хорошо продуманной философии, которая учитывала бы соответствующим образом идеи различного направления; я хотел бы только изложить некоторые мысли, которые помогали мне в моих собственных объяснениях этих проблем.

…Мы начнем со следующего предложения: «Величины, с которыми физика имеет дело, не являются числовой оценкой объективных свойств частей внешнего материального мира; они – только результаты, которые мы получаем, когда производим известные операции».

Это определение выглядит как отрицание существования объективного материального мира; оно создает впечатление, будто физику нет никакого дела до реального мира и он производит эксперименты только с той целью, чтобы предсказывать результаты нового эксперимента. Вообще не объяснено, почему же физик должен брать на себя труд производить эксперименты. Этот вопрос, по-видимому, рассматривается как недостойный натурфилософии. Можем ли мы избежать вопроса о том, какую роль играют в этой системе вещей приборы из стали, латуни, стекла и т.п., которые тщательно сочетаются и приспособляются для экспериментов? Не являются ли они сверх того частью независимого от нас (pre-existing) внешнего материального мира? Являются ли они, подобно электронам, атомам и полям, чисто абстрактными идеями, применяемыми для того, чтобы предсказывать явления, которые могут наблюдаться в последующем эксперименте, в свою очередь представляющем опять-таки только собрание призраков?

Перед нами – воззрение, типичное для крайнего субъективизма, которому можно было бы дать подходящее название – «физический солипсизм». Хорошо известно, что упорно защищаемый солипсизм невозможно опровергнуть с помощью логических аргументов. Однако с тем же основанием можно сказать, что такой солипсизм не разрешает проблему, а уклоняется от нее. Логическая последовательность есть чисто отрицательный критерий; без нее не может быть принята никакая система, но никакая система не приемлема только в силу того, что она логически непротиворечива. Единственный положительный аргумент в пользу этого абстрактного вида ультрасубъективизма есть аргумент исторический. Утверждают, будто вера в существование внешнего мира лишена значения и для прогресса науки является прямо-таки помехой. Все, чем физик занимается, может быть постигнуто удовлетворительным образом только в терминах «опыта», а не внешнего мира.

В действительности дело обстоит совсем иначе. Все великие открытия в экспериментальной физике обязаны интуиции людей, откровенно использовавших модели, которые для них были не продуктом их фантазии, а представителями реальных вещей. Как мог бы работать экспериментатор и как мог бы он общаться со своими сотрудниками и современниками, если бы он не использовал модели, которые составляются из частиц (электронов, фотонов, нуклонов, нейтронов), полей и волн – понятий, которые теперь осуждаются как несущественные и бесполезные?

Однако имеется некоторое основание и для этой крайней точки зрения. Мы научились тому, что при применении этих понятий должна иметь место известная осторожность. Наивный подход к проблеме реальности, который был столь успешным в классический, или ньютоновский, период, оказался неудовлетворительным. Современные теории требуют новой формулировки. Эта новая формулировка развивается медленно и, вероятно, не достигла еще окончательного выражения. Я попытаюсь указать на современные тенденции.

При этом с самого начала следует учесть, что слово «реальность» есть составная часть нашего разговорного языка и поэтому – как и большинство слов – не имеет однозначного смысла. Существуют субъективные философии, которые учат, что реален только духовный мир и что физический мир – только кажимость, тень без субстанции. Хотя эта точка зрения и представляет наибольший философский интерес, но она лежит вне нашей дискуссии, которая имеет дело только с физической реальностью. И все же остаются открытыми еще достаточно много других вопросов. «Реальности» крестьянина или ремесленника, купца или банкира, государственного человека или солдата, очевидно, имеют мало общего. Для каждого из них наиболее действительные вещи суть те, которые стоят в центре их интересов, причем слово «реальный» употребляется почти как синоним со словом «важный». Интересно знать, может ли какая-либо философия так определить понятие реальности, чтобы оно не подвергалось последующему влиянию субъективных ассоциаций этого рода. Что касается нас, то мы спрашиваем: не может ли такое определение дать естествознание?

Это приводит нас к другому пункту, который выдвигает Дингль, а именно: нельзя ли без вреда для естествознания отбросить понятие и слово «реальность»? Мой ответ на этот вопрос состоит в том, что могут отказаться от этого понятия только те люди, которые живут в изолированных воздушных замках, вдали от всякого опыта и от всех действительных дел и наблюдений, следовательно, тот тип человека, который углубился в чистую математику, метафизику или логику настолько, что совершенно отошел от мира. Нильс Бор, который внес вклад в философию современного естествознания больше, чем кто-либо иной, неоднократно и отчетливо разъяснял, что реальные эксперименты невозможно было бы описать, не применяя при этом разговорного языка и понятий наивного реализма. Без признания этого немыслимо никакое соглашение о фактах даже между самыми возвышенными умами. Существенная часть этого приема состоит в том, что делают различие между идеями, теориями и формулами, с одной стороны, и реальными приборами и устройствами, которые созданы в соответствии с этими идеями, - с другой. При этом и в самом деле безусловно необходимо наивное употребление слова «реальное», простая вера в реальное существование материальных аппаратов. Я полагаю, что представляемая Динглем абстрактная школа этого не отрицает, хотя он не говорит ясно. Однако он запрещает применение понятия реальности к атомам, электронам, полям и т.д., следовательно, к терминам, которые употребляются при объяснении наблюдений. Но где граница между этими двумя областями? Можно кусок кристалла, принадлежащего к области макроскопической реальности, размолоть в порошок до того, что его частицы станут слишком мелкими, чтобы они воспринимались невооруженным глазом. Чтобы увидеть их, нужно применить микроскоп. Становятся ли теперь частицы менее реальными? Еще более мелкие частицы, коллоиды, при соответствующем освещении в ультрамикроскопе покажутся блестящими бесструктурными точками. Между этими частицами и единичными молекулами или атомами имеется непрерывный переход. Когда оказывается недостаточным ультрамикроскоп, можно взять электронный микроскоп, с помощью которого можно видеть даже большие молекулы. Так, где же оканчивается макроскопическая реальность, в которой живет экспериментатор, и где начинается мир атомов, из которого идея реальности подлежит изгнанию, как иллюзорная?

Такой границы, конечно, не существует; если мы вынуждены приписывать реальность обычным вещам повседневной жизни – включая применяемые в экспериментах приборы и материалы, - то мы не можем отрицать реальности и тех объектов, которые мы наблюдаем только с помощью приборов. Однако тот факт, что мы обозначаем их как реальные, как часть внешнего мира, еще никоим образом не обязывает нас к какому-то определенному описанию: вещь может быть реальной и при этом может еще очень отличаться от других известных нам вещей.

Прежде чем я мотивирую эту свою точку зрения, я хотел бы в нескольких словах коснуться того часто повторяющегося замечания, что квантовая механика разрушила различие между объектом и субъектом, ибо она может описывать ситуацию в природе не как таковую, а только как ситуацию, созданную экспериментом человека. Это совершенно верно. Атомный физик далеко ушел от идиллического представления старомодного натуралиста, который надеялся проникнуть в тайны природы, подстерегая бабочек на лугу. Для наблюдения атомарных явлений необходимы приборы такой чувствительности, что должна быть принята во внимание их реакция при измерениях; так как эта реакция подчиняется тем же квантовым законам, которым подчиняется и наблюдаемая частица, то вместе с ней вошел и фактор ненадежности, который исключает детерминистическое предсказание. Поэтому было бы, очевидно, праздным делом обсуждать ситуацию, какая получилась бы без вмешательства наблюдателя или независимо от него. Но что касается данного вмешательства наблюдателя в данной экспериментальной ситуации, то квантовая механика дает определенные утверждения относительно того максимального знания, которое может быть получено. Хотя мы не все знаем или можем только приближаться к полному знанию, все же, улучшая наши приборы, мы можем получить известные, ограниченные, но хорошо очерченные сведения, независимые от наблюдателя и его прибора, а именно инвариантные особенности некоторого числа подходящим образом спроектированных экспериментов. Процесс, посредством которого мы приобретаем эти знания, несомненно, обусловливается также и наблюдающим субъектом, но это, однако, не означает, что в результатах нет реальности. Ибо совершенно очевидно, что экспериментатор со своим прибором является частью реального мира, реальны также и мысленные процессы, при проектировании экспериментов. Правда, граница между действием субъекта и реакцией объекта не является четкой. Но это не препятствует нам применять эти понятия разумным образом. Так же не является четкой граница между жидкостью и ее паром, ибо ее атомы непрерывно испаряются и конденсируются, и, несмотря на это, мы можем говорить о жидкости и паре.

…Если бы попытались построить философию естествознания в предположении, что наш исходный материал суть неупорядоченные чувственные ощущения, то мы не могли бы даже описать наши действия и простые приборы. Как я уже говорил, естествознание должно принять понятия повседневной жизни и выражения разговорного языка. Но, применяя усилительные устройства, телескопы, микроскопы, электронные усилители и т.п., оно выходит за пределы этих понятий. Как только встречаются такие новые ситуации, в которых обычный опыт нам изменяет, мы попадаем в затруднение по поводу того, как следует объяснить воспринятые сигналы. Вы поймете, что я имею в виду, если вы когда-либо смотрели в микроскоп, в котором любезный врач показывал свои замечательные клетки или микробы, а именно вы не видели ничего, кроме путаницы неопределенных линий и цветов, и должны были верить ему, что какое-нибудь желтое овальное изображение представляет для него интерес. Точно так же обстоит дело во всех областях физики, в которых применяют приборы. Мы должны бросать взгляд в неизвестное, и это приводит нас в замешательство; ибо теперь мы уже больше не дети; мы уже потеряли способность бессознательно расшифровывать приходящие нервные сигналы и должны привлекать технику нашего сознательного мышления, математику, со всеми ее хитростями. Исключение из этого составляют только немногие гении, вроде Фарадея, который, как дитя, способен был интуитивно видеть внутреннюю связь природы. Так мы применяем анализ, чтобы отыcкать в потоке явлений нечто постоянное, которое как раз и есть ивариант. Таким образом, инварианты суть понятия, о которых естествознание говорит так же, как на обыкновенном языке говорят о «вещах», и которым оно присваивает названия так же, как если бы это были обычные вещи.

Конечно, они не обычные вещи. Если мы называем электрон частицей, мы очень хорошо знаем, что он совсем не то же, что крупинка песка или цветочная пыльца. Например, при определенных обстоятельствах он не имеет определенной индивидуальности: если электрон выбивают из атома посредством другого электрона, то два улетающих электрона уже невозможно больше различить. Несмотря на это, электрон имеет некоторые свойства, общие с обычной «частицей», что оправдывает его наименование. Такое расширение номенклатуры и в жизни и в естествознании – дело обычное, оно систематически развивается математикой. Например, число вначале обозначает целое число, с помощью которого можно считать ряд объектов. Но это слово употребляется также и для дробных чисел вроде ⅔, корней вроде √ 2, трансцендентных чисел вроде π и мнимых чисел вроде √ -1, хотя с помощью этих чисел нельзя считать. Мы оправдываем это тем, что эти числа имеют некоторые общие формальные свойства с целыми числами, хотя каждый вид в несколько меньшей степени, но все же в достаточной, чтобы применить к нему знакомое слово. Тот же принцип справедлив в аналитической геометрии, когда мы говорим о бесконечно удаленных прямых в плоскости, или о четырехмерной сфере и т.д. Точно так же и в физике. Мы говорим об инфракрасном или ультрафиолетовом свете, хотя не можем его видеть, или об ультразвуковых волнах, хотя не можем ультразвук услышать. Мы так сильно привыкли к тому, чтобы экстраполировать в области, лежащей за пределами нашей способности ощущений, что при этом мы больше не сознаем, что расширяем понятия за пределы первоначальной области их применения. При этом мы всегда следуем одному и тому же принципу. Мы рассматриваем однажды понятие волны. Волны на озере мы считаем за реальные, хотя они не представляют ничего материального, а лишь известную форму поверхности воды. Мы можем это обосновать, потому что можем характеризовать их спектр посредством известных инвариантных величин вроде частоты, длины волны и т.д. Но то же самое справедливо и для световых волн. Почему же мы должны отбрасывать этот атрибут «реальное» для волн в квантовой механике, если мы представляем их только как распределение вероятностей? Что здесь приближает к реальности, так это всегда своего рода инвариантный характер структуры, независимый от аспекта, от проекций. Однако этот характер является общим и для повседневной жизни и для естествознания, и эта, хотя и отдаленная, связь между вещами повседневной жизни и естествознанием вынуждает нас употреблять одну и ту же терминологию. В таком случае это и есть предпосылка для сохранения единства чистого и прикладного естествознания.

Борн М. Физика в жизни моего поколения. - М., 1963.

С.253-254, 267-271, 280-284.

Н.Бор

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒