Идеи диалектики в квантовой физике

M. Э. Омельяновский

В квантовых воззрениях наиболее глубоко выражаются характерные черты современной физики, и дух диалектики в квантовой теории проявляет себя по-особому ярко. Уже в квантовой гипотезе Планка и фотонах Эйнштейна заключался зародыш диалектических противоречий, развитие которых привело к квантовой механике и квантовой теории поля наших дней. Часто утверждается, что Планк, пытаясь понять квантовые свойства излучения, не оставлял почвы классической физики, но гораздо реже обращают внимание на его мысли о корпускулярной и волновой гипотезах света, которые стоит здесь на помнить. По словам Планка, эти гипотезы «противостоят друг другу, как два равных по силе борца... Каков будет исход этой борьбы, предсказать трудно. Но вероятней всего, что ни одна из этих двух гипотез не одержит окончательной победы; с какой-то более высокой точки зрения будут указаны как достоинства, так и односторонность каждой гипотезы» [1, стр. 54—55].

 

Об Эйнштейне также хорошо известно, что он рассматривал микрочастицы в аспектах представлений классической физики и отклонял взгляды Бора на квантовую механику. Вместе с тем — это существенно — Эйнштейн всегда отмечал фундаментальный характер для физики объединения корпускулярных и волновых идей.

 

Квантовая гипотеза Планка и фотоны Эйнштейна, модель атома Бора, «волны материи» Л. де Бройля, матричная и волновая механика, концепция дополнительности, идеи квантовой теории полей — все это вехи физического понимания движущейся материи, как обладающей одновременно корпускулярными (дискретными) и волновыми (непрерывными) свойствами.

 

О диалектике и ее необходимости в физике по-своему— прямо или в неявной форме — высказывались выдающиеся ученые нашего времени, критически относящиеся к претензиям позитивизма быть единственной философией науки. Бор, дискутируя с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике, писал о «глубоких истинах», представляющих «такие утверждения, что противоположные им утверждения содержат также глубокую истину» [2, стр. 93]. Подобных мыслей немало в работах Эйнштейна, Гейзенберга, Паули, Борна. Показательна в этом плане стихийная материалистическая и диалектическая позиция американского ученого Р Фейнмана в его «Лекциях по физике»; она типична для большинства современных ученых в буржуазных странах с их критическим отношением к позитивизму.

 

Хорошо известно, какую большую работу ведут ученые Советского Союза и других социалистических стран по исследованию философских проблем современной физики. Достаточно здесь напомнить, что с позиции диалектического материализма дано истолкование теории относительности и квантовой механики, проанализированы существенные вопросы, относящиеся к логике научного познания, раскрыты несостоятельность позитивист ской и других идеалистических интерпретаций принципов современных физических теорий.

 

Хотелось бы подчеркнуть, что эта работа, если можно так выразиться,— не торжественное шествие по проспектам познания, а жестокая и упорная борьба с нашими идеологическими противниками.

 

Сейчас особенно усилились атаки недругов марксизма-ленинизма на диалектический материализм и его применение в естествознании. Все школы современной реакционной философии объединяют свои усилия против материализма и диалектики в естествознании.

 

Соответствующих фактов в этом отношении больше чем достаточно, но я не собираюсь на них останавливаться; хочу только обратить внимание на то, что все они на свой лад свидетельствуют о более и более крепнущей связи современного естествознания и материалистической диалектики.

Обратимся к некоторым проблемам нашей темы.

Дополнительность и диалектика

Открытия в явлениях атомного масштаба корпускулярных свойств света и волновых свойств вещества поставили задачу объединения корпускулярных и волновых представлений о веществе и поле применительно к атомным процессам. Решение этой задачи затруднялось, однако, потому, что с точки зрения классической физики объект в данном процессе не мог вести существование в виде частицы и одновременно волны; в «лучшем» случае в любом данном процессе волна и частица могли, так сказать, сосуществовать, представляясь в виде некоторой классической модели. Это затруднение, казалось, должна была преодолеть копенгагенская интерпретация квантовой механики.

Последний термин принадлежит Гейзенбергу. По его словам, копенгагенская интерпретация квантовой механики начинается с парадокса: принимается, что каждый эксперимент, безразлично, относится ли он к явлениям повседневной жизни или к атомным явлениям, должен описываться в понятиях классической физики, и вместе с тем признается, что применимость их ограничена соотношением неопределенностей [3, стр. 27]. Корпускуляр ная и волновая характеристики атомных объектов, разъясняет Гейзенберг далее идею дополнительности Бора, взаимоисключают одна другую, ибо определенная вещь не может быть одновременно частицей (т. е. субстанцией, ограниченной очень малым объемом) и волной (т. е. полем, распространяющимся в пространстве большого размера. Но обе характеристики дополняют друг друга.

 

Таким образом, копенгагенской интерпретации, по существу, необходимо было осмыслить диалектику атомных процессов, которая нашла выражение в открытии противоположных корпускулярных и волновых свойств атомных объектов.

 

Отметим два аспекта копенгагенской интерпретации. Первый из них, развиваемый Гейзенбергом, сводится к следующему. В классической физике в принципе возможно освободиться от влияния процесса измерения на объект; в квантовой механике такое освобождение в принципе невозможно, так как в ней имеется соотношение неопределенностей, которое обусловливает неточности в измерениях объекта (идея «принципиальной неконтролируемое™») .

 

Второй аспект, разработанный Бором, можно изложить таким образом. Микрообъекты не могут рассматриваться ни как частицы, ни как волны в смысле классической физики. В одних экспериментальных условиях наиболее естественным является описание микрообъектов, исходя из корпускулярных представлений, в других— исходя из волновых представлений. Оба они находятся в дополнительном соотношении друг к другу, и это соотношение обеспечивает непротиворечивое применение классических понятий в области микроявлений.

 

Обычно полагают, что эти аспекты эквивалентны. Гейзенберг, например, охотно привлекает идею дополнительности в своих рассуждениях; также и Бор привлекал идею «неконтролируемого взаимодействия между объектом и прибором (см. его статью «О понятиях причинности и дополнительности» [4]). Все же эти аспекты не совпадают, что достаточно четко выявляется в последних работах Бора, особенно в его статье «Квантовая физика и философия» (1959) [5].

 

Прежде всего в аспекте копенгагенской интерпретации, разработанном Гейзенбергом, подчеркивается не столько та мысль, что микрообъектам нельзя приписы вать свойства и поведение макрообъектов, сколько говорится о «неточностях», связанных с применением к микрообъектам классических понятий. Этим «неточностям» и соответственно истолкованному соотношению неопределенностей приписывается несвойственное им фундаментальное значение в квантовой механике. В духе такого толкования и предлагает Гейзенберг решение парадокса, с которого — об этом шла речь выше — начинается копенгагенская интерпретация К

 

Почему классические понятия, посредством которых описываются эксперименты с атомными объектами, не точно соответствуют этим объектам? Ответ, по Гейзенбергу, состоит в том, что «наблюдение играет решающую роль в атомном событии и реальность различается в зависимости от того, наблюдаем ли мы ее или нет» [3, стр. 29].

 

Таким образом, Гейзенберг находит основание (принципиально) ограниченного применения классических понятий к микрообъектам, становясь на путь отрицания понятия объективной реальности. С этой точки зрения (если ее .последовательно придерживаться) импульс или энергия, например, не столько свойственны объекту, сколько возникают в акте его наблюдения; математический аппарат квантовой механики имеет не объективный, а символический характер (нужный лишь для согласования показаний приборов); соотношение неопределенностей становится абсолютной границей человеческого познания и т. д.

 

Обратимся теперь к концепции дополнительности, которую мы изложим на основе последней работы Бора «Квантовая физика и философия». В этой работе отсутствует понятие «неконтролируемое взаимодействие». Термин «дополнительность», сохраненный Бором, обозначает своеобразное соотношение различных опытных данных об атомных объектах, полученных при помощи разных экспериментальных установок. Эти данные, указывает Бор, хотя кажутся противоречащими друг другу при попытке свести их в единую картину, на самом деле исчерпывают все, что мы можем узнать о предмете [8, стр. 40].

 

Описание атомных явлений, подчеркивает Бор, имеет «совершенно объективный характер в том смысле, что оно обходится без явной ссылки на какого-либо индивидуального наблюдателя» [8, стр. 39]. Он утверждает также, что в квантовой механике мы имеем дело «не с ограничениями точности измерений, а с ограниченной применимостью пространственно-временных понятий и динамических законов сохранения».

 

В квантовой механике, пишет Бор, «слово «измерение» должно... употребляться в своем прямом смысле количественного сравнения (сравнения с эталоном)». Он высказывается против применения таких выражений, как «наблюдение возмущает явление» или «измерение создает физические атрибуты объектов» [8, стр. 41].

 

Подводя итог, Бор приходит к заключению: «... Более широкие рамки дополнительности отнюдь не означают произвольного отказа от идеала причинности. Понятие дополнительности непосредственно выражает наше положение в вопросе об отображении фундаментальных свойств материи, которые считались подлежащими классическому физическому описанию, но оказались вне пределов его применимости» [8, стр. 42].

 

Таким образом, в названной работе Бора явственно выражена материалистическая в своей основе и диалектическая позиция. Бор, связывая математический формализм квантовой механики с наглядными представлениями и классическими понятиями, раскрыл, как сказал бы философ, антитетику корпускулярных и волновых представлений.

 

Сопоставление этих представлений в некоторой антиномии всегда играло решающую роль в концепции дополнительности Бора; но в прежних его работах указанная антитетика была затемнена идеей «неконтролируемого взаимодействия», в работе же «Квантовая физика и философия» этот недостаток преодолен.

 

Серьезное философское значение идеи дополнительности для физической теории заключается в том, что согласно ей не только можно, но при определенных условиях даже необходимо применять противоположные понятия к одному и тому же предмету. Такое применение, как показал Бор (особенно в своих дискуссиях с Эйнштейном), не ведет ни к каким формальнологическим противоречиям в физической теории и позволяет истолковать математический аппарат квантовой механики ц соответствии с экспериментальными данными, В концепции дополнительности противоречие между корпускулярными и волновыми понятиями, однако, не столько разрешается, сколько как бы застывает в виде противоположности двух взаимно исключающих экспериментальных установок, с которыми связаны «дополнительные» явления. Хотя Бор (в работе «Квантовая физика и философия») говорит о том, что описание атомных явлений имеет совершенно объективный характер, он все же не рассматривает сами атомные объекты со стороны присущих им одновременно корпускулярных и волновых свойств. Из этой основной слабости концепции дополнительности вытекает и тот ее минус, что в ней изложение соответствующих вопросов концентрируется на истолковании ограниченности старых основных классических понятий, а не на новых основных понятиях (к которым принадлежат относительность к средствам наблюдения, различие между потенциально возможным и осуществившимся, понятие вероятности как меры потенциально возможного).

 

Копенгагенская интерпретация квантовой теории не является позитивистской. Это явствует из ее содержания, и об этом имеются высказывания Гейзенберга и М. Борна — выдающихся ее представителей. Они же утверждают также, что копенгагенская интерпретация не является ни материалистической и ни идеалистической, хотя философский язык этой интерпретации, по словам Гейзенберга, «включает в себя элементы всех трех систем мышления» [9, стр. 16].

 

Нельзя согласиться с Гейзенбергом и Борном, будто копенгагенская интерпретация образует своего рода новую философию, стоящую якобы над материализмом и идеализмом, без их «односторонности» и т. п. Разбор этого вопроса далеко выходит за рамки доклада; здесь отметим лишь следующее. Понятие дополнительности в применении к биологии, например, ничего существенно нового не прояснило. Такое применение направлено против сводимости биологических явлений к явлениям физическим и химическим, а также против идеи «жизненной силы». Разумеется, такая направленность концепции дополнительности имеет положительное философское значение, но соответствующие проблемы давно разрабатываются на более глубокой основе диалектическим материализмом. То же еще в большей мере необходимо сказать и о применении понятия дополнительности к анализу социальных явлений.

 

Идея дополнительности не создает в своем развитии никакой особой или новой философии. Она имеет философское значение в плане атомной физики, и об этом шла речь выше.

Категория: Философия | Добавил: fantast (22.09.2019)
Просмотров: 27 | Рейтинг: 0.0/0