Пролог. Разговор с котом Нильсом

Вид материала

Документы

Содержание Вернер Гейзенберг Луи де Бройль Поль Адриен Морис Дирак Анри Пуанкаре Эрвин Шредингер Из статьи «Интерпретация квантовой механики» М. Борна Ричард Филлипс Фейнман

Подобный материал:

• Язык Пролог Пролог (Prolog), 180.88kb.
• Московский Институт Открытого Образования и автономная некоммерческая организация культуры, 382.14kb.
• Программа собеседования по направению подготовки магистров «050100 Педагогическое образование», 403.81kb.
• Работа со списками в языке Пролог Рекурсия в Прологе, 175.74kb.
• Дональдс Вудс Винникот разговор с родителями, 1225.39kb.
• Концепция языка Пролог и сферы его применения. Процедурная и декларативная трактовка, 31.15kb.
• Обучение сочинению-рассуждению в 8-классе «О милосердии», 49.54kb.
• Урок литературы в 5 классе по теме: «Пролог к поэме «Руслан и Людмила», 22.14kb.
• В. Г. Распутина «Женский разговор». Урок, 79.53kb.
• Тематический годовой план занятий по «приобщению детей к истокам русской народной культуры», 208.04kb.

Вернер Гейзенберг

Это означает, что понятие «событие» должно быть ограничено наблюдением. Этот вывод весьма существенен, так как, по-видимому, он показывает, что наблюдение играет решающую роль в атомном событии и что реальность различается в зависимости от того, наблюдаем мы ее или нет. [11. Стр. 24]

Например, мы очень просто и легко употребляем слово «нейтрон». Но мы не в состоянии дать никакого определенного образа нейтрона и не можем сказать, что, собственно, мы понимаем под этим словом. Мы пользуемся различными образами и представляем нейтрон то как частицу, то как волну или волновой пакет. Но мы знаем, что ни одно из этих описаний не является точным. Очевидно, нейтрон не имеет цвета, запаха, вкуса. Тем самым он подобен атомам греческой философии. Но элементарные частицы в некотором отношении лишены и других свойств. Обычные представления геометрии и кинематики о частице, такие, как форма или движение в пространстве, не могут применяться в отношении элементарных частиц непротиворечивым образом. Если хотят дать точное описание элементарной частицы (здесь мы делаем ударение на слове «точное»), то единственное, что может быть пригодно в качестве этого описания, - это функция вероятностей. Отсюда делают вывод, что вообще если речь идет о «свойстве», то свойство «быть» не подходит без ограничения к элементарной частице. Есть только тенденция, возможность «быть». Поэтому элементарные частицы современной физики значительно абстрактнее, чем атомы у греков и именно по этой причине они представляют более походящий ключ для понимания природы материи. [11. Стр. 35]

Однако мы не можем уйти от факта, что естествознание создано людьми. Естествознание описывает и объясняет природу не просто так, как она есть «сама по себе». Напротив, оно есть часть взаимодействия между природой и нами самими. Естествознание описывает природу, которая отвечает на наши вопросы и подвергается нашим методам исследования. [11. Стр. 43]

Каждый ученый (естествоиспытатель), проводя исследования, испытывает чувство, что он ищет нечто объективно истинное. Он думает, что его высказывания не зависят от условий, при которых они проверяются. Тот факт, что в физике природу можно описать посредством простых математических законов, учит нас тому. что мы имеем дело с подлинными чертами реальности, а вовсе не с тем, что мы в некотором смысле изобрели сами. [11. Стр. 44]

Философское положение, что все знание в конечном счете основывается на опыте, в конце концов именно в современном позитивизме ведет к требованию логического анализа каждого высказывания о природе. Такое требование, по-видимому, оправдано в классической физике. Однако с развитием квантовой теории мы узнали, что оно невыполнимо. Например, слова «координата» и «скорость» электрона раньше казались имеющими смысл как в отношении их значения, так и в отношении их возможной связи; фактически в рамках механики Ньютона они и были ясными и точными понятиями. Но с точки зрения современной физики они не являются таковыми, в чем можно убедиться на основании соотношения неопределенностей. Можно сказать, что они имеют смысл в отношении механики Ньютона, но не в отношении к природе. Это позволяет сказать, что никогда нельзя знать с самого начала границы в отношении применимости определенных понятий при расширении нашего знания. В особенности этого нельзя знать в том случае, когда это знание ведет в чрезвычайно далекую область природы, в которую мы можем проникнуть только с помощью современной техники эксперимента. Поэтому в этом процессе проникновения мы порой применяем наши понятия, которые не могут быть логически оправданы и в известной степени не имеют смысла. Абсолютное выполнение требования строгой логической ясности, вероятно, не имеет места ни в одной науке. Современная физика напоминает нам одну старую мудрость: не ошибается тот, кто молчит. [11. Стр. 46]

Все оппоненты квантовой теории едины, однако, в одном пункте, было бы желательно, по их мнению, возвратиться к представлению о реальности, свойственному классической физики, или, говоря на более общем философском языке, к онтологии материализма, то есть к представлению об объективном, реальном мире, мельчайшие части которого существуют столь же объективным образом, что и камни и деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет. [11. Стр. 78]

Наука является эзотерическим учением, - так было сказано, - она предназначена только для немногих. [11. Стр. 85]

Первичным языком, который вырабатывают в процессе научного уяснения фактов, является в теоретической физике обычно язык математики, а именно - математическая схема, позволяющая физикам предсказывать результаты будущих экспериментов. Физик может довольствоваться тем, что он обладает математической схемой и знает, как можно ее применить для истолкования опытов. Но он должен говорить о своих результатах также и не физикам, которые не будут удовлетворены до тех про, пока им не будет дано объяснение и на обычном языке, на языке, который может быть понят каждым. Но и для физика возможность описания на обычном языке является критерием того, какая степень понимания достигнута в соответствующей области. В каком объеме возможно вообще такое описание? Можно ли, например, говорить о самом атоме? Это настолько же языковая, настолько и физическая проблема. [11. Стр. 104]

И тем не менее все мы прекрасно можем видеть траекторию электрона в камере Вильсона. [11. Стр. 168]

Поэтому, если Ваша теория верна. Вы должны рано или поздно суметь рассказать мне, как ведет себя атом, когда он, излучая. переходит из одного стационарного состояния в другое. (Альберт Эйнштейн) [11. Стр. 196]

Вы, европейцы, и особенно немцы, склонны относиться к подобного рода идеям страшно принципиально. Мы смотрим на все гораздо проще. Раньше ньютоновская физика была достаточно точным описанием наблюдаемых фактов. Потом стали известны электромагнитные явления, и оказалось, что ньютоновской механики здесь уже мало, но что в тоже время для описания таких явлений вполне хватает уравнений Максвелла. Наконец, изучение атомных процессов показало, что применение законов классической механики и электродинамики не приводит к наблюдаемым результатам. Стало быть, требовалось усовершенствовать прежние законы или уравнения, и так возникла квантовая механика. По существу физик, даже теоретик, поступает здесь просто как инженер, конструирующий, скажем, мост. Допустим, он замечает что применявшиеся ранее формулы для расчета его новой конструкции уже недостаточны. Он должен внести еще какие то поправки на ветровой напор, на старение материала, на температурные колебания и тому подобное, и может сделать это, внося добавления в прежние формулы. Так он получаем улучшенные формулы, более надежные конструктивные параметры, и все довольны. Но ведь основные принципы инженерной деятельности остаются без изменений. В современной физике, по моему, все обстоит так же. Возможно, вы делаете ошибку, трактуя законы природы как абсолютные, а после этого удивляетесь, что их приходится изменять. Мне кажется, уже само выражение «закон природы» ведет к довольно сомнительному возвеличиванию или обожествлению формулировки, которая по существу не может быть ничем иным, кроме как просто практическим предписанием о том, как следует обращаться с природой в соответствующей области. Словом, по моему, надо полностью отказаться от всяких абсолютизаций; тогда не будет ни каких трудностей. [11. Стр. 219-220]

Важнейшим критерием завершенности какой-то области является наличие в ней четко сформулированной, внутренне непротиворечивой аксиоматики, фиксирующей как понятия, так и закономерные соотношения внутри данной системы. В какой мере такая аксиоматическая система соответствует действительности, решает, естественно, только опыт, и мы называем систему «теорией» только тогда, когда она позволяет описать обширные области опытных данных. [11. Стр. 222]

Таким образом, был бы утерян важнейший критерий истинности нашей науки - простота законов природы, которая всегда светит нам в конце пути.

Ибо с прагматической точки зрения развитие науки есть непрерывный процесс приспособления нашего мышления к постоянно расширяющемуся полю опыта, и здесь немыслимо никакое завершение. [11. Стр. 223]

Позитивисты усвоили, что квантовая механика верно описывает атомные явления, поэтому они не видят никаких причин восставать против нее. А то, что мы к этому прибавляем, наподобие принципа дополнительности, интерференции вероятностей, соотношения неопределенности, границы между субъектом и объектом и так далее, для позитивиста просто туманная побочная лирики, возврат к донаучному мышлению, болтовня; все это ни в коем случае не может приниматься всерьез и в самом лучшем случае просто безвредно. Возможно, такая концепция обладает в себе полной логической завершенностью, но только я уже не знаю тогда, что такое понимание природы. [11. Стр. 319]

Луи де Бройль

До Максвелла, со времен Френеля, распространение света, как и распространение звука, пытались свести к распространению колебаний, то есть к движению. Но в случае света эта идея натолкнулась на более серьезные трудности, чем в случае звука. Нужно было не только вводить существование гипотетической среды, эфира, который проникал бы во все тела и присутствовал бы в вакууме (свет без труда распространяется в вакууме), но, поскольку Френель показал, что световые волны являются поперечными волнами, нужно было также приписать этому эфиру свойства несжимаемой среды. В таком случае эфир представлялся средой с парадоксальными свойствами, ибо, будучи более твердым, чем сталь, он тем не менее не должен был оказывать сопротивления движущимся в нем телам, например планетам. [12. Стр. 16]

Великий лейденский физик Лорентц Г.А. всегда допускал существование эфира, который служил бы основой электромагнитных полей и их распространения. Является ли этот эфир всегда неподвижным или он более или менее полностью увлекается при движении материальных тел, погруженных в нем? Опыты Физо по распространению световых волн в преломляющих движущихся телах и формулы Френеля, описывающие их результат, на первый взгляд, казалось, свидетельствуют о частичном увлечении эфира преломляющими телами. Но Лорентц получил формулу Френеля на основе истолкования реакции электронов, входящих в состав движущегося преломляющего тела, на световую волну, которая проходит через него; это позволило ему выдвинуть простую гипотезу о том, что эфир всегда неподвижен. Но если это так, то весь эфир как таковой должен определять систему отсчета, имеющую абсолютный характер, и с помощью оптических или электромагнитных явлений можно было бы определить движение материального тела по отношению к эфиру. Но опыт ни в коей мере не допускал наличия такого движения.

Выдающемуся американскому физику Майкельсону в сотрудничестве с Морли удалось в 1881-1887 года установить, что, проведя измерения даже с точностью (v²/c²), нельзя обнаружить никакого заметного влияния движения Земли по орбите на интерференционные явления, которые можно наблюдать в лаборатории. [12. Стр. 27-28]

Из речи Г.А. Лорентца на 5-ом Солвеевском конгрессе в октябре 1927 года

Картина, которую я хочу создать о явлениях, должна быть совершенно четкой и определенной, и мне кажется, что мы можем создать себе подобную картину лишь в рамках представлений о пространстве и времени. Для меня электрон является частицей, которая в заданный момент времени находится в определенной точке пространства, и если у меня возникла идея, что в следующий момент частица вообще находится где-то, я должен подумать о ее траектории, которая является линией в пространстве. И если этот электрон встречается с атомом и проникает в него, а затем после некоторых перипетий покидает этот атом, то я создаю теорию, в которой данный электрон сохраняет свою индивидуальность, то есть я представляю линию, по которой этот электрон проходит через атом. [12. Стр. 33]

Если преимущество позитивистской и феноменологической позиции состоит в ее благоразумии и в том, что она обязывает ученого оставаться на почве надежно установленных фактов, то она имеет и недостатки: она рискует подрезать крылья научному воображению, которое всегда играет фундаментальную роль в прогрессивном развитии науки, и она может затормозить это развитие, априорно заявляя о том, что запрещено вступать на тот или иной путь исследования или истолкования. Она стремится также ослабить, если не уничтожить, понятие объективной физической реальности, независимой от наших наблюдений. [12. Стр. 172]

Однако успеха математического аппарата недостаточно для доказательства того, что данное ему (т.е. физике микромира - это мое) истолкование является единственно верным. Такие видные ученые, как Планк, Эйнштейн и Шредингер, всегда протестовали против нового направления теоретической физики. В частности, Эйнштейн неоднократно утверждал, что если существующий математический аппарат волновой механики, использующий -волну с вероятностным смыслом, несомненно точен, то он не дает полного «описания» физической реальности. Эйнштейн, безусловно, считал, что полное описание должно производиться в рамках соответствующим образом обобщенных пространственно-временных отношений теорией поля, которая осуществила бы синтез понятий волны и частицы на основе введения кванта действия. [12. Стр. 176]

Он (Христиан Гюйгенс) предположил, что свет является волнообразным движением, распространяющимся в среде, недоступной для наших чувств, в эфире, - среде, которая проникает во все тела и даже наполняет те области пространства, которые кажутся нам «пустыми». С помощью очень изящных рассуждений, еще классических и сегодня, Гюйгенс показал, что эта волновая теория света позволяет истолковать не только законы отражения и преломления, но и явление двойного лучепреломления. [12. Стр. 204]

Но что представляет собой это колебание, распространение которого образует -волну, связанную с материальной частицей? Как и электромагнитное колебание, оно происходит в пустоте и не соответствует никакой конкретной физической картине. Впрочем, не следует удивляться тому, что колебания -волны имеет некоторые характеристики, аналогичные характеристикам электромагнитных колебаний световых волн: электромагнитное поле излучения является не чем иным, как -волной фотонов. Поскольку трудно определить физическую природу волны, связанной с частицами, многие физики-теоретики, может быть, увлеченные абстрактной тенденцией своего ума, решили рассматривать эту волну как чисто математическое выражение, служащее лишь для предсказания вероятности некоторых явлений. Лично мне кажется, что они несколько преувеличивают; -волна, существование которой столь ясно установлено в наблюдаемых явлениях, должна иметь более реальный и более конкретный смысл, чем тот, который ей сейчас приписывается. Конечно, было бы наивностью представлять себе электромагнитные волны и волны, связанные с частицами, в виде колебаний, распространяющихся в упругой среде, аналогичной материальному телу; но научному реализму соответствует предположение о том, что они представляют собой какое-то дрожание неизвестной еще природы, которое распространяется в пространстве с течением времени. [12. Стр. 247-248]

Именно в это время, двадцать пять лет тому назад, начала завоевывать всеобщее признание гипотеза Паули о существовании нейтрино. В явлениях бета-распада спектр испускаемых электронов является непрерывным, что как бы находится в противоречии с законом сохранения энергии. Однако было доказано, что энергия сохраняется в крайнем случае, когда испускаемый бета-электрон имеет максимальную энергию, соответствующую верхней границе энергетического спектра бета-электронов. Это обстоятельство могло дать основание полагать, что, когда энергия испускаемого электрона меньше верхней границы непрерывного спектра, часть энергии, содержавшейся в радиоактивном ядре до его распада, которая как бы исчезает в момент превращения, в действительности сообщается частице, испускаемой вовне; таким образом, эту часть энергии невозможно или по крайней мере очень трудно обнаружить экспериментально. В этом состояла гипотеза о существовании нейтрино, выдвинутая Паули. Нейтрино, относительно которого удалось доказать, что его масса если не равна нулю, то намного меньше массы электрона, долго ускользало от любого экспериментального обнаружения, но в последние годы, видимо, получены убедительные доказательства его реального существования. [12. Стр. 272]

Я хотел бы закончить доклад одним замечанием, которое считаю весьма важным. История наук показывает нам науку в процессе постоянного развития, науку, непрерывно перерабатывающую и пересматривающую накопленные знания и их истолкование; она показывает нам прошлое, которое, несмотря на многие недостатки, подготавливает настоящее. Но мы никогда не должны забывать, что наша современная наука является временной ступенью научного прогресса, что она сама, несомненно, изобилует недостатками и ошибками и что ее роль с этой точки зрения заключатся как раз в подготовке будущего. Величайшей ошибкой, которую, кстати, очень легко допустить, было бы мнение о том, что современные представления науки являются окончательными. Часто люди справедливо восторгаются последними достижениями наук и хотят на их основе совершить чрезмерную и опасную экстраполяцию, тщетность которой будет показана будущим развитием науки. Мы никогда не должны забывать (история наук это доказывает), что каждый успех нашего познания ставит больше проблем, чем решает, и что в этой области каждая новая отрытая земля позволяет предполагать о существовании еще неизвестных нам необъятных континентов. [12. Стр. 317]

Человек не любит отказываться от своих убеждений; нужна большая душевная сила для того, чтобы человек признался в возможной ошибочности своих утверждений. А ведь преподавание обязывает все время делать выбор между противоположными точками зрения, и это (вопреки преобладающему мнению) даже в самых точных науках. И этот выбор необходимо делать публично, и когда он сделан, необходимы определенные усилия, чтобы противоречить самому себе, ставя под сомнение свои прежние взгляды; однако в некоторых случаях прогресс науки достигается именно такой ценой.

Каждый, кто пишет или говорит публично, кто в связи с этим обязан занять определенную позицию в отношении рассматриваемых проблем, в конце концов вопреки своей воле оказывается скованным играемой им ролью и не может более избавиться от «персонажа», которого он воплощает.

Часто, не будучи при этом лицемером, идеи, которые он вынашивает, идеи, которые он развивает во время своих размышлений наедине с собой, заметно отличаются от идей, которые он, по привычке или в силу профессиональной обязанности, выражает в устной или письменной форме. В глубине души он остается исследователем, беспокойным и сомневающимся, а внешне он остается мэтром, который уверен и в самом себе и в том, что он утверждает. [12. Стр. 344]

Теория относительности и кванты - это два столпа современной теоретической физики.

Развитие теории относительности началось, фактически, с изучения некоторых вопросов, связанных с оптическими явлениями, происходящими в движущихся средах. Френелево представление о свете предполагало существование эфира, заполняющего всю вселенную и проникающего во все тела. Такой эфир играл роль среды, в которой распространялись световые волны. Электромагнитная теория Максвелла несколько ослабила значение его, так как эта теория не требует, чтобы световые колебания были колебаниями какой-либо среды. В теории Максвелла световые колебания полностью определятся заданием векторов электромагнитного поля. После того как все попытки механической интерпретации законов электродинамики потерпели неудачу, поля в максвелловской теории, в конце концов, стали рассматривать как исходные понятия, которые бесполезно пытаться перевести на язык механики. С этого момента исчезла какая бы то ни была необходимость предполагать существование упругой среды, передающей электромагнитные колебания, и можно было думать, что понятие эфира останется бесполезным. В действительности же было не совсем так, и последователи Максвелла, в частности, Лоренц, вынуждены были снова поднять вопрос об эфире. [13. Стр. 65]

Одним из основных положений классической механики является требование, чтобы все ее уравнения были инвариантны относительно преобразований Галилея. И действительно, пользуясь формулами преобразований Галилея, легко убедиться, что если уравнения Ньютона справедливы в системе координат, связанной с неподвижными звездами, то они будут справедливы также и во всех других системах отсчета, движущихся прямолинейно и равномерно относительно этих неподвижных звезд. Напротив, уравнения Максвелла и Лоренца, существенно отличающиеся по своей форме от уравнений классической механики, не инвариантны относительно преобразования Галилея. Следовательно, если уравнения Максвелла справедливы в какой-либо одной системе координат, то они становятся несправедливыми при переходе к другой, движущейся относительно первой прямолинейно и равномерно. Дело обстоит так, как если бы существовала некая среда, заполняющая всю Вселенную, такая, что уравнения Максвелла справедливы только в одной, связанной с этой средой, системе отсчета. Именно с этой средой отсчета ассоциировали последователи Максвелла понятие эфира. Эфир не был для них уже упругой средой с особыми свойствами, способной передавать световые колебания. Он стал некоей абстрактной, весьма условной средой, служащей для фиксации системы отсчета, в которой справедливы уравнения электродинамики Максвелла.

Дело обстоит так, как если бы существовала некая среда, заполняющая всю Вселенную, такая, что уравнения Максвелла справедливы только в одной, связанной с этой средой, системе отсчета. Именно с этой средой отсчета ассоциировали последователи Максвелла понятие эфира. Эфир не был для них уже упругой средой с особыми свойствами, способной передавать световые колебания. Он стал некоей абстрактной, весьма условной средой, служащей для фиксации систем отсчета, в которых справедливы уравнения электродинамики Максвелла. [13. Стр. 66-67]

Если электромагнитная теория Лоренца действительно применима к элементарным частицам электричества, то они должна позволить однозначно определить излучение, испускаемое атомом Резерфорда-Бора. Но, как мы уже видели, эта теория приводит к совершенно неправильным выводам. Действительно, поскольку атом должен все время терять энергию на излучение, электроны очень быстро упадут на ядро, а частота излучения будет непрерывно изменяться. Но тогда атом был бы нестабильным, и спектральные линии строго определенной частоты не могли бы существовать - абсурдный вывод. [13. Стр. 124-125]

Из-за мнимых коэффициентов в самом волновом уравнении комплексный характер -функции, по-видимому, является существенным. Он приводит к тому, что все попытки рассматривать волны волновой механики как физическую реальность, соответствующую колебаниям какой-то среды, являются несостоятельными. [13. Стр. 145]

Несомненно, конечно, что наши понятия пространства и времени даже после их углубления теорией относительности нельзя строго применять к описанию атомных явлений. Существование кванта действия обнаружило совершенно непредвиденную связь между геометрией и динамикой: оказывается, что возможность локализации физических процессов в геометрическом пространстве зависит от их динамического состояния. Общая теория относительности уже научила нас рассматривать локальные свойства пространства-времени в зависимости от распределения вещества во Вселенной. Однако существование кванта требует гораздо более глубокого преобразования и больше не позволяет нам представлять движение физического объекта вдоль определенной линии в пространстве -времени (мировой линии). Теперь уже нельзя определить состояние движения, исходя из кривой, изображающей последовательные положения объекта в пространстве с течением времени. Теперь нужно рассматривать динамическое состояние не как следствие пространственно-временной локализации, а как независимый и дополнительный аспект физической реальности.

Действительно, понятия пространства и времени взяты из нашего повседневного опыта и справедливы лишь для явлений большого масштаба. Нужно было бы заменить их другими понятиями, играющими фундаментальную роль в микропроцессах, которые бы асимптотически переходили при переходе от элементарных процессов к наблюдаемым явлениям обычного масштаба в привычные понятия пространства и времени. Стоит ли говорить, что это очень трудная задача? Было бы удивительно, если бы оказалось возможным когда-либо исключить из физической теории понятия, представляющие самую основу нашей повседневной жизни. Правда, история науки показывает удивительную плодотворность человеческой мысли и не стоит терять надежды. Однако пока мы не добились успеха в распространении наших представлений в указанном направлении, мы должны стараться с большими или меньшими трудностями втиснуть микроскопические явления в рамки понятий пространства и времени, хотя нас все время будет беспокоить чувство, что мы пытаемся втиснуть алмаз в оправу, которая ему не подходит. [13. Стр. 187-188]

Принцип Паули выражает весьма специфические свойства электронов и других частиц, которые ему подчиняются. Действительно, на сегодняшний день почти невозможно понять, каким образом две тождественные частицы взаимно запрещают друг другу занять одно и то же состояние. Этот тип взаимодействия совершенно отличается от взаимодействия в классической физике. Его физическая природа пока нам совершенно неизвестна. По-видимому, это одна из самых важных задач и к тому же самых трудных, которую предстоит решать физикам-теоретикам будущего, чтобы выяснить физические истоки принципа запрета. [13. Стр. 213]

Несомненно, некоторые, зная, что я оставил свои первые попытки и в течение 25 лет во всех своих работах излагал интерпретацию Бора и Гейзенберга, быть может, обвинят меня в непостоянстве, когда увидят, что я вновь испытываю сомнения по этому поводу и задаю себе вопрос, не была ли в конечном счете правильной моя первая ориентация. Если бы я захотел пошутить, я мог бы ответить словами Вольтера: « Глуп тот, кто не изменяется». Но возможен и более серьезный ответ. История науки показывает, что прогресс науки постоянно тормозился тираническим влиянием некоторых концепций, которые, в конце концов, стали считаться догмами. Ввиду этого следует периодически подвергать глубочайшему пересмотру принципы, которые были признаны как окончательные и больше не обсуждались. Чисто вероятностная интерпретация волновой механики на протяжении четверти века, несомненно, сослужила физикам немалую службу, так как она помешала им увязнуть в изучении очень сложных и трудных проблем, вроде тех, которые выдвигает концепция двойных решений, и, таким образом, позволила им уверенно следовать по пути применений, многочисленных и плодотворных. Но в настоящее время волновая механика в том виде, как она преподается, по-видимому, в значительной мере исчерпала свою способность к объяснению явлений. Это признается всеми, и сами сторонники вероятностной интерпретации стремятся, но, как кажется, без особого успеха, ввести новые концепции, еще более абстрактные и более далекие от классических образов, такие, как концепция S-матрица, минимальные длины, нелокальных полей и т.д. Не отрицая того, что эти попытки представляют интерес, можно задать себе вопрос: не стоит ли ориентироваться скорее к ясности пространственно - временных представлений? Как бы то ни было, несомненно, полезно приняться вновь за весьма трудную проблему интерпретации квантовой механики для того, чтобы посмотреть, является ли интерпретация, считающаяся ортодоксальной, действительно единственной, которую можно было бы принять. [14. Стр. 32-33]

Поль Адриен Морис Дирак

Но вот возникает большой скачек, и это означает, что появилось нечто совершенно новое. Такие большие скачки сводятся обычно к преодолению предрассудков. Некое представление может существовать у нас с незапамятных времен; оно полностью принято и не возбуждает вопросов, так как кажется очевидным. И вот какой-нибудь физик обнаруживает сомнение, он стремится к тому, чтобы заменить предрассудки чем-то более точным и это приводит к новому представлению о природе. [15. Стр. 66]

Разумеется, развитие представлений о Природе не остановилось и в настоящее время было бы ошибкой придавать нашим представлениям слишком большое значение. Мы находимся всего лишь на промежуточном этапе, и следует ожидать дальнейшего развития, которое будет иметь фундаментальное значение. [15. Стр. 81]

Относительно нынешней ситуации в квантовой теории следует, по-моему, отдавать себе отчет в том, что она очень похожа на квантовую теорию до Гейзенберга. Физики заблуждаются, непрерывно пытаясь развить физические идеи, к которым они привыкли: эти идеи, обычно выражаемые на языке диаграмм Фейнмана. Я полагаю, что полное доверие к диаграммам Фейнмана и попытки введения искусственных процедур перенормировок, чтобы обойти трудности, сродни той ошибке, которую совершил я в 1924-1925 годах, цепляясь за боровские орбиты. На самом деле нужна математика нового типа, необходимы новые уравнения, которые выражали бы взаимодействие между основными величинами в физике; не следует упрямо придерживаться привычных идей, пытаясь выехать на них. [15. Стр. 97]

Было решено много проблем, но кое-какие серьезные трудности все же остались. Важнейшая из них состояла в том, что при попытках построения точной теории электронов, взаимодействующих с электромагнитным полем, возникает уравнение Шредингера, которое не решается. Его приходится решать стандартным методом теории возмущений, и когда доходят до членов второго порядка, возникают бесконечности. Единственный вывод , к которому можно было прийти, состоит в том, что уравнение не имеет решений. Эта весьма фундаментальная трудность, которая выявилась довольно рано в теории квантовой электродинамике, и она до сих пор не преодолена.

Была предпринята большая работа, чтобы понять, как справится с этой трудностью; мы еще поговорим об этом. Я не буду вдаваться в подробности, но хочу высказать свою точку зрения. Следует признать, что наше взаимодействие электромагнитного поля с электронами содержит нечто глубоко неправильное. Я имею в виду, что либо механика неверна, либо неправильно найдена сила взаимодействия. Неправильность этой теории почти также серьезна, как неправильность теории боровских орбит. [15. Стр. 106]

Анри Пуанкаре

Сомневаться во всем, верить всему - два решения, одинаково удобные: и то и другое избавляет нас от необходимости размышлять. [16. Стр. 7]

Опыт - единственный источник истины: только опыт может научить нас чему-либо новому, только он может вооружить нас достоверностью. Эти два положения никто не может оспорить.

Однако если опыт - все, то какое место остается для математической физики? Зачем экспериментальной физике это пособие? Тем не менее математическая физика существует; она оказала нам неопровержимые услуги. Это - факт, нуждающийся в объяснении.

Дело в том, что одних наблюдений недостаточно; ими надо пользоваться, а для этого необходимо их обобщать. Так всегда и поступали; однако поскольку память о бывших ошибках делала человека все более осмотрительным, то наблюдать стали все больше, а обобщать все меньше.

Каждое поколение смеется над предыдущим, обвиняя его в слишком поспешных наивных обобщениях. Декарт выражал сожаления по адресу философов - ионийцев; в свою очередь он вызывает улыбку у нас; без сомнения, когда-нибудь наши потомки посмеются над нами.

Но в таком случае нельзя ли нам уже теперь избрать путь, который устранил бы эти предвидимые нами насмешки? Нельзя ли нам удовольствоваться одним только чистым опытом?

Нет, это невозможно; такое стремление свидетельствовало бы о полном незнакомстве с истинным характером науки. Ученый должен систематизировать; наука строится из фактов, как дом из кирпичей; но простое собрание фактов столь же мало является наукой, как куча камней - домом. [16. Стр. 91]

Нередко говорят, что следует экспериментировать без предвзятой идеи. Это невозможно; это не только сделало бы всякий опыт бесплодным. Но это значило желать невозможного. Всякий носит в себе миропредставление, от которого не так-то легко освободиться. Например, мы пользуемся языком, а наш язык пропитан предвзятыми идеями и этого нельзя избежать; притом эти предвзятые идеи неосознанны, и поэтому они в тысячу раз опаснее других. [16. Стр. 93]

Заметим прежде всего, что всякое обобщение до известной степени предполагает веру в единство и простоту природы. Допущение единства не представляет затруднений. Если бы различные части Вселенной не относились между собой как органы одного и того же тела, они не обнаруживали бы взаимодействий - они, так сказать, взаимно игнорировали бы друг друга, и мы, в частности, знали бы только одну из них. Поэтому мы должны задать вопрос не о том, едина ли природа, а о том, каким образом она едина.

Относительно второго положения дело обстоит сложнее, нельзя быть уверенным, что природа проста. Можем ли мы без опасения считать это допущение справедливым? [16. Стр. 94]

Словом, любой закон обычно считается простым, пока не доказано противоположное.

Изучая историю науки, мы замечаем два явления, которые можно назвать взаимно противоположными: то за кажущейся сложностью скрывается простора, то, напротив, видимая простота на самом деле таит в себе чрезвычайную сложность. [16. Стр. 95]

Всякое обобщение есть гипотеза. Поэтому гипотезе принадлежит необходимая, никем никогда не оспариваемая роль. Она должна лишь как можно скорее подвергнуться и как можно чаще подвергаться проверке. [16. Стр. 97]

Часто идут еще далее: рассматривают эфир как единственную первичную материю или даже как единственную истинную материю. Наиболее умеренные считают обычную материю конденсированным эфиром - утверждение, не имеющего в себе ничего шокирующего ум; но другие ограничивают ее значение еще более и видят в ней только геометрическое место некоторых особенностей состояний эфира. Например, по лорду Кельвину, то, что мы называем материей, есть лишь место точек, где эфир испытывает вихревое движение; по Риману, это - место точек, в которых эфир постоянно уничтожается, у других, более современных авторов, Вихерта или Лармора, это - место точек, где эфир подвергается кручению совершенно особого рода.

А наш эфир - существует ли он в действительности ? Известно, откуда явилась уверенность в его существовании. Свету требуется несколько лет, чтобы дойти до нас от удаленной звезды. В это время он уже не находится на звезде и еще не находится на Земле. Надо допустить, что он где-то находится, что он имеет, так сказать, некоторый материальный носитель. [16. Стр. 107]

В истории развития физики можно различить две противоположные тенденции. С одной стороны, ежеминутно открываются новые связи между предметами, которые, казалось, должны быть навсегда разделенными; отдельные факты перестают быть чуждыми друг друга; они стремятся систематизироваться в величественном синтезе. Наука движется по направлению к единству и простоте.

С другой стороны, наблюдения ежедневно открывают новые явления; они долго ждут своего места в системе, иногда для этого бывает нужно сломать один из ее углов. Даже в хорошо известных явлениях, которые нашими грубыми чувствами воспринимаются как однородные, мы с каждым днем замечаем все более разнообразные подробности; то, что мы считали простым, делается сложным, и наука, по-видимому, идет по пути возрастания сложности и многообразия. [16. Стр. 109]

Истинная, единственная цель науки - раскрытие не механизма, а единства. [16. Стр. 111]

Для нас не так важно, существует ли эфир в действительности - пусть это решают метафизики; для нас важнее то обстоятельство, что все происходит так, как если бы он существовал, и что эта гипотеза удобна для истолкования явлений. А в конце концов, есть ли у нас другие основания для веры в существование самих материальных объектов? Вера в их существование - точно так же лишь удобная гипотеза. Только она никогда не перестает существовать, тогда как гипотеза эфира, без сомнения, когда-нибудь будет отвергнута как бесполезная. [16. Стр. 131]

Отыскание истины должно быть целью нашей деятельности; это единственная цель, которая достойна ее. Несомненно, сначала мы должны постараться облегчить человеческие страдания, но - зачем? Отсутствие страданий - это идеал отрицательный, который вернее был бы достигнут с уничтожением мира. Если мы все более и более хотим избавить человека от материальных забот, так это затем, чтобы он мог употребить свою отвоеванную свободу на исследование и созерцание истины. [16. Стр. 155]

1. Абсолютного пространства не существует, мы знаем только относительные движения. Между тем чаще всего выражают механические факты так, как если бы существовало абсолютное пространство, к которому их можно было бы отнести.

2. Не существует абсолютного времени. Утверждение, что два промежутка времени равны, само по себе не имеет смысла, и можно применять его только условно.

3. Мы не способны к непосредственному восприятию не только равенства двух промежутков времени, но и не можем быть уверенными в одновременности двух событий, происходящих в различных местах.

4. Наконец, сама наша евклидова геометрия - лишь своего рода условный язык. Мы могли бы изложить факты механики, относя их к пространству неевклидову, которое было бы основой менее удобной, но столь же законной, как и наше обыкновенное пространство. Изложение слишком осложнилось бы, но осталось бы возможным.

Таким образом, абсолютное пространство, абсолютное время, даже сама геометрия не имеет характера вещей, обуславливающих собой механику. [17. Стр. 22-23]

Среди самых интересных проблем математической физики специальное место следует отнести проблемам, связанным с кинетической теорией газа. Многое уже сделано для их решения, но многое еще остается сделать. Эта теория представляет вечный парадокс. Мы имеем обратимость в предпосылках и необратимость в следствиях, и между ними - пропасть. Достаточно ли статистических рассмотрений, закона больших чисел, чтобы заполнить ее? Остается еще много темных мест, к которым нужно возвратиться и, безусловно, не один раз. [17. Стр. 40]

Эрвин Шредингер

Я не могу себе представить, что электрон прыгает, как блоха.


Можно построить и совсем шутовские примеры. Посадим кошку в стальной сейф вместе с адской машиной (защищенной от кошки). В счетчик Гейгера положена крупинка радиоактивного вещества, столь малая, что за час может распадаться один из атомов, но с той же вероятностью может не распасться ни один. Если атом распадается, то счетчик через реле приведет в действие молоточек, который разобьет колбу с синильной кислотой. Представим всю эту систему самой себе в течение часа, мы скажем, что кошка еще жива, если за это время не распался ни один атом. Первый же распад привел бы к отравлению кошки. -функция всей системы выразила бы это тем, что живая и мертвая кошка (с позволения сказать) смешены или размазаны в одинаковых пропорциях.

В этих примерах типично то, что неопределенность, ограниченная первоначально атомными размерами, превращается в макроскопическую неопределенность, которая поддается разрешению прямым наблюдением. [18. Стр. 13]

Однако различие между частицами и волнами считалось таким же четким, как, например, между скрипкой и звуком. [18. Стр. 117]

Обширный экспериментальный материал укрепляет наше убеждение, что характерные «волновые» и «корпускулярные» свойства никогда не встречаются в отдельности, а всегда в единстве; они представляют различные стороны одних и тех же явлений - и это действительно для всех физических явлений. Это единство не зыбкое или поверхностное. Было бы совершенно ошибочным считать, что катодные лучи состоят из частиц и волн. В ранние дни волновой теории прелагали гипотезу, что частицы могут быть особыми местами внутри волн, наподобие того, что математики называют сингулярными точками. Пенистый гребень умеренной морской волны был бы неплохой аналогией. Но очень скоро эта идея была оставлена. По-видимому, оба понятия - волны и частицы - должны быть основательно изменены для того, чтобы добиться правильного их слияния. [18. Стр. 118]

Из письма А. Эйнштейна - Э. Шредингеру от 31.05.1928.

Философия успокоения Гейзенберга - Бора - или религия? - так тонко придумана, что представляет верующему до поры до времени мягкую подушку, с которой не так легко спугнуть его. Пусть спит. [18. Стр.238]

Из письма А. Эйнштейна - Э. Шредингеру от 9.08.1938.

Теперь о физике. Как и прежде, так и теперь я убежден, что волновое представление материи не есть полное представление вещей, хотя оно и оказалось практически полезным. Очень красиво это показывает твой пример с кошкой ( радиоактивный распад, связанный с взрывом). Одни части функции  соответствуют живой кошке, а другие - распыленной кошке, в одно и тоже время.

Если пытаться воспринимать  - функцию как полное описание состояния (независимо от наблюдения), то это означает, что в данный момент кошка не жива и не распылена. Но это или другое состояние осуществлялось бы наблюдением. Если же отбросить такое представление, то нужно считать, что -функция представляет не истинное положение вещей, а совокупность нашего знания о положении вещей. Это интерпретация Борна, разделяемая сегодня большинством теоретиков. Тогда формулируемые законы относятся не к измерениям во времени существующего, а к изменениям во времени совокупности наших обоснованных ожиданий.

Обе точки зрения логически безупречны. Но я не могу верить, что одна из них в конце концов будет доказана.

Имеется также мистик (Бор), который вообще запрещает, как не научный, вопрос о чем-то существующем независимо от наблюдения, т.е. вопрос о том - жива или нет кошка в данный момент, до наблюдения. При этом обе точки зрения сливаются в мягком тумане, в котором я чувствую себя не лучше, чем при одной из указанных трактовок, занимающих определенную позицию по отношению к понятиям реальности. Как и прежде, я убежден, что эта диковинная ситуация возникает от того, что мы еще не достигли полного описания вещей.

Я допускаю, конечно, что такое полное описание не могло бы наблюдаться в полном объеме в каждом отдельном случае, но этого и нельзя разумно требовать.

Пишу тебе это, не питая иллюзию убедить тебя, а с единственной целью разъяснить тебе мою точку зрения, приведшую меня к глубокому одиночеству. Я довел ее до степени действительной математической теории, проверка которой, естественно, очень затруднительна.

С сердечным приветом А. Эйнштейн[18. Стр. 239]

Эйнштейн – Шредингеру 22.12.1950.

Дорогой Шредингер!

Ты единственный (рядом с Лауэ) из современных физиков, кто понимает, что нельзя обходить вопрос о реальности - оставаясь честным. Большинство не дают себе отчета, какую рискованную игру они ведут с реальностью - реальность как нечто независимое от констатации. Они как-то думают, что квантовая теория дает описание действительности, притом полное описание. Это представление, однако, красивейшим образом опровергается твоей радиоактивной системой: атом + счетчик Гейгера, усилитель + взрывчатка + кошка - в одном ящике, причем -функция системы содержит кошку как в живом виде, так и в распавшемся на составные части. Создается ли состояние кошки физиком, который в определенное время исследует вопрос? На самом деле, никто не сомневается, что наличие или отсутствие кошки - нечто независимое от акта наблюдения. Но тогда описание с помощью -функции - неполное и должно существовать более полное описание. Кто хочет рассматривать квантовую теорию (в принципе) как окончательную, тот должен полагать, что более полное описание бесцельно, потому что для него невозможно установить законов. Если бы это было так, то физика представляла бы интерес лишь для лавочников и инженеров. Все это было бы очень печально. [18. Стр. 242]

Стр.381.

Из статьи «Интерпретация квантовой механики» М. Борна

Поэтому для защиты своих собственных взглядов я прибегну к методу, использованием которого и сам Шредингер не слишком гордится, а именно к цитированию авторитетных специалистов, которые разделяют мое мнение. Я выбрал в качестве свидетеля В. Паули, который общепризнан как наиболее критичный, логически и математически требовательный среди ученых, которые внесли вклад в квантовую механику. Я приведу несколько строк из письма, которое я недавно получил:

«Вопреки всем реакционным усилиям (Шредингер, Бом и др., а в некотором смысле также и Эйнштейн), я уверен, что статистический характер -функции (а таким образом и законов природы), который Вы с самого начала усиленно подчеркивали в противоположность Шредингеру, будет определять стиль законов в течение по крайней мере нескольких столетий. Возможно, что позднее, например, в связи с процессами жизни, будет найдено нечто совершенно новое, но мечтать о возвращении к прошлому, к классическому стилю Ньютона - Максвелла (а то, чему посвящают себя эти господа, есть только мечты) - это кажется мне безнадежным, неправильным, признаком плохого вкуса. И мы могли бы добавить, что это даже не красивые мечты.» [18. Стр. 381]

Ричард Филлипс Фейнман

Все попытки объяснить вращение электронов вокруг ядра законами механики - теми же, при помощи которых Ньютон вычислил движение Земли вокруг Солнца, - оказались неудачными. Ни одно предсказание не подтвердилось... Выработка новой системы взглядов, способной заменить законы Ньютона, заняла долгое время, так как все, что происходило на атомном уровне, казалось очень странным. Надо было расстаться со здравым смыслом, чтобы представить себе, что же происходит на атомном уровне. Наконец, в 1928 году была разработана "бредовая" теория, объясняющая «новый тип поведения» электронов в веществе. Она только казалась сумасшедшей. Ее назвали квантовой механикой. Слово "квантовая" относится к той странной особенности природы, которая противоречит здравому смыслу. Про эту особенность я и собираюсь вам рассказать. [19. Стр. 8-9]

Квантовая электродинамика существует уже свыше пятидесяти лет. Она многократно подвергалась все более и более тщательной проверке во все более разнообразных условиях. В настоящее время я могу с гордостью сказать, что между экспериментом и теорией нет существенных расхождений. [19. Стр. 10]

Мы, физики, всегда стараемся проверить, все ли в порядке с теорией. Такова игра, потому что, если что-нибудь не так, становится интересно! Но до сих пор мы не нашли ничего неправильного в квантовой электродинамике. Поэтому я бы сказал, что это жемчужина физики и предмет нашей величайшей гордости. [19. Стр. 11]

Следующая причина, по которой вы можете решить, что не понимаете, о чем я говорю, состоит в том, что, когда я буду описывать, как устроена Природа, вы не поймете, почему она так устроена. Но знаете, ведь этого никто не понимает. Я не могу объяснить, почему Природа ведет себя именно так, а не иначе.

Наконец, возможно и такое: я сообщаю вам нечто, а вы не можете в это поверить. Вы этого не понимаете. Вам это не нравится. Опускается завеса, и вы больше ничего не слушаете. Я буду рассказывать, как устроена Природа, если вам не нравится, как она устроена, это будет мешать вашему пониманию. Физики научились решать эту проблему: они поняли, что нравится им теория или нет - неважно. Важно другое - дает ли теория предсказания, которые согласуются с экспериментом. Тут не имеет значения, хороша ли теория с философской точки зрения, легка ли для понимания, безупречна ли с точки зрения здравого смысла. Квантовая электродинамика дает совершенно абсурдное с точки зрения здравого смысла описание Природы. И оно полностью соответствует эксперименту. Так что я надеюсь, что вы сможете принять Природу такой, как Она есть - абсурдной. [19. Стр. 12-13]

Я указал на это обстоятельство, потому что чем больше вы наблюдаете странное поведение Природы, тем сложнее построить наглядную модель, объясняющую даже простейшие явления. И теоретическая физика отказалась от этого. [19. Стр. 74]

Такой обменный фотон, который никогда на фигурирует в начальном и конечном условиях эксперимента, иногда называют "виртуальным фотоном".[19. Стр. 86]

Простейший атом - атом водорода - состоит из протона и электрона. Протон удерживает танцующий вокруг него электрон, обмениваясь с ним фотонами. [19. Стр. 89]

Читая эти лекции, я получил истинное наслаждение, показывая, что столь точная теория создается ценой разрушения здравого смысла. Мы должны примириться с очень причудливыми явлениями: усилением и подавлением вероятностей, отражением света от всех частей зеркала, распространением света не по прямой и со скоростью, меньшей или большей обычной скорости света, движением электронов вспять во времени, внезапным распадом фотонов на электрон-позитронные пары, и т.д. Мы должны примириться со всем этим, чтобы осознать, какие действия Природы лежат на самом деле в основе практически всех наблюдаемых нами явлений. [19. Стр. 106]

Вам может показаться, что наиболее шокирующая черта квантовой электродинамики - шаткая концепция амплитуд - указывает на какие-то проблемы, какое-то неблагополучие! Однако физики возятся с амплитудами уже более пятидесяти лет и очень к ним привыкли. Более того, все новые частицы и новые наблюдаемые нами явления полностью соответствуют предсказаниям, которые можно вывести из этой концепции амплитуд, где вероятность равна квадрату результирующей стрелки, длина которой определяется при помощи всяких хитрых способов соединения стрелок (с интерференций и т.д.). Так что в экспериментальном отношении концепция амплитуд не подлежит никакому сомнению. Вы можете сколь угодно испытывать философское беспокойство относительно того, что же все-таки значат амплитуды (если они, действительно, что-то значат), но поскольку физика - наука экспериментальная, а концепция согласуется с экспериментом, она нас пока устраивает. [19. Стр. 110]

Уловка, при помощи которой мы находим n и j, имеет специальное название - "перенормировка". Но каким бы умным ни было слово, я назвал бы ее дурацким приемом. Необходимость прибегать к таким фокусам-покусам не позволила нам доказать математическую самосогласованность квантовой электродинамики. Удивительно, что до сих пор самосогласованность этой теории не доказана тем или иным способом: я подозреваю, что перенормировка математически незаконна. Но что очевидно, это то, что у нас нет хорошего математического аппарата для описания квантовой электродинамики... [19. Стр.113-114]

Имеется восемь различных глюонов, например, красно-антикрасный, красно-антисиний, красно-антизеленый и т.д. (вы могли бы подумать, что их должно быть девять, но по техническим причинам один отсутствует). Теория не слишком сложная. Общее правило гласит: глюон взаимодействует с тем, что имеет "цвет", - требуется лишь немного бухгалтерии, чтобы проследить, куда переносится "цвет".[19. Стр. 121]

В книгах говорится, что наука проста: вы строите теорию, сравниваете ее с экспериментом, и если теория не работает, вы ее отбрасываете и строите новую теорию. Здесь у нас есть четкая теория и сотни экспериментов, но мы не можем их сравнить! В истории физики такого положения еще не бывало. Мы временно оказались взаперти, и не можем выбраться, пока не придумаем метод вычисления. Нас завалило всеми этими стрелочками, как снежным сугробом. [19. Стр. 122]

Во всем этом рассказе осталась одна особенно неудовлетворительная черта: не существует теории, адекватно объясняющей величины наблюдаемых масс частиц, m. Мы пользуемся этими числами во всех наших теориях, но не понимаем их - что они собой представляют или откуда они берутся. Я считаю, что с фундаментальной точки зрения это очень интересная и важная проблема. [19. Стр. 133]