Пролог. Разговор с котом Нильсом
| Вид материала | Документы |
| Часть 1. Квант и Сэд Все выходят на балкон |
- 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.
Часть 1. Квант и Сэд
Глава 1. Понедельник - день тяжелый
Нильс: Хвала Господу Богу, что мы дожили до этого дня. Добрый день, профессор и уважаемый Сэд.
Квант: Добрый день.
Сэд: Здравствуйте.
Нильс: Приступим к делу. Начинайте, Сэд. Сильно не ссорьтесь с профессором, а я пойду приготовлю кофе.
Сэд: Ну, вот, профессор, я сдал Вам экзамен по квантовой механике, и Вы поставили мне оценку "отлично". Иначе и быть не могло, поскольку я проштудировал не только Ваши лекции, а также кучу книг и учебников по квантовой механике. Я их честно заучил, ответил на все Вами поставленные вопросы так, как Вы нас учили, и теперь честно могу признаться, что я так ничего и не понял в квантовой механике нутром.
Нильс: (из кухни) Что значит «нутром»?
Сэд: Понять нутром означает то, что я любому человеку в состоянии объяснить квантово-механическое поведение системы. И тот, любой вместе со мной поймет, как ведет система, и также будет в состоянии объяснить следующему, другому квантово-механическое поведение системы. Именно объяснить, а не сослаться на решение уравнения. Я продолжу… Я не верю этой науке. Я считаю ее лженаукой, поскольку она построена, как и религия, на принципе веры. Но я благодарен квантовой механике, так как она раскрыла мне глаза на все остальные разделы физики.
Квант: Я протестую...
Нильс (из кухни): Протест принят. Прошу, коллеги, выбирать выражения и не обижать друг друга.
Квант: Я, уважаемый коллега, не преподавал вам лженауку, а честно излагал вам предмет, который называется "квантовая механика", и я не виноват, что вы ничего в нем не поняли, а всех ваших способностей хватило только на то, чтобы кое-что запомнить и аккуратно, как попугаю, пересказать это на экзамене.
Нильс (из кухни): Профессор, не обижай птицу. Не задирайте коллегу, ведите себя достойно. Вы здесь собрались не для того, чтобы оскорблять друг друга, а для выяснения истины.
Нильс возвращается из кухни.
Нильс: Успокойтесь, господа, выпейте кофе и подкрепитесь. У меня к тебе вопрос, Сэд. Почему ты назвал квантовую механику лженаукой?
Сэд: Лженаукой я называю такой раздел человеческих знаний, в котором есть вопросы, которых задавать нельзя.
Нильс: Что значит "нельзя"?
Сэд: "Нельзя" - значит задавать вопрос опасно. Это проще объяснить на примере. Пусть, например, во время лекции по богословию вы встаете и задаете преподавателю вопрос: Уважаемый профессор, поясните, пожалуйста, что такое Бог? Этот вопрос, если упорствовать, то есть задавать его снова и снова, очень опасен для непонятливого студента. Такая любознательность добром не кончается: в лучшем случае любопытному студенту на экзамене поставят неуд, в худшем - могут показать на дверь.
Нильс: Сэд, ты утверждаешь, что такого рода вопросы имеют место и в квантовой механике?
Сэд: Да, есть такие вопросы. Когда начинают преподавать квантовую механику, то ее преподносят как науку, которая создана для описания явлений микромира. И Вы знаете, профессор, после первых же лекций моя душа начала протестовать: я вообще не мог ничего понять, я бы эту науку назвал бредом сумасшедшего. У меня возникло столько вопросов, и я видел, что я не могу их Вам задать, поскольку Вы, профессор, не знаете ответы на эти вопросы. Я потерял интерес к Вашим лекциям и полез, как всегда в таких случаях бывает, в книги. Но и в книгах, к сожалению, я не получил ответы на эти вопросы.
Квант: Вы меня заинтриговали, коллега. Задайте хотя бы один вопрос, на который я не знаю ответа.
Сэд: Во-первых, душа моя протестовала, против формального аппарата, в частности, против уравнения Шредингера. Здесь у меня возникает сразу два вопроса. Во-первых, уравнение комплексное, а написано для толкования действительных физических величин. Во-вторых, это уравнение написано для волновой функции, которая сама по себе комплексна и, естественно, не имеет физического смысла. После вычисления волновой функции начинают с упоением рассматривать явление интерференции. О какой интерференции может идти речь, если нет среды для распространения волн, колебаться нечему? Как правило, тут начинаются закатывание глаз и разговоры на тему, это вам не понять. Я утверждаю, что это непонятно никому.
Квант: Да, к сожалению, я вижу, что Вы, молодой человек, из того, что я Вам читал, ничего не поняли. Я хочу заметить, что все, что вы сказали, это не вопросы, а утверждения. Конечно, волновая функция имеет физический смысл: квадрат модуля волновой функции дает плотность вероятности находиться, например, электрону вблизи некоторой фиксированной точки пространства.
Сэд: Во-первых, профессор, такой физический смысл был приписан волновой функции позже, после создания квантовой теории, и, во-вторых, само уравнение написано не для плотности вероятности, а для волновой функции, которая не имеет физического смысла.
Квант: Я не буду тратить время для повторения того, что уже было по этому вопросу сказано за время учебы, а только задам вопрос: Вас не устраивает та интерпретация наблюдаемых экспериментальных фактов, которую дает квантовая теория атомным явлениям?
Сэд: Я был в восторге, когда получил из решений уравнения Шредингера спектр уровней энергии атома водорода. Но я не получил ответа на вопрос, почему электрон не падает на атомное ядро, в данном случае, на протон. В моем представлении из решения уравнения следует наличие минимальной энергии, с которой может находиться электрон в атоме, и только... Квантовая теория не отменяет законов электродинамики, согласно которым движущийся с ускорением электрон излучает энергию и, следовательно, двигаясь по кривой, должен упасть на ядро.
Квант: Вы действительно ничего не поняли из квантовой теории. Согласно квантовой механике нельзя говорить о движении микрочастиц в обычном классическом смысле. Говорят, что у электрона нет траектории...
Сэд: Простите, профессор, я здесь вас перебью. Дело в том, что траектория заряженной частицы наблюдается, например, в камере Вильсона. Поэтому говорить об отсутствии траектории у частицы, по-моему, не совсем честно. Но продолжайте, профессор.
Квант: В соответствии с принципом неопределенностей у электрона нельзя одновременно измерить импульс и координату. Так что действительно квантовая теория не дает наглядного представления о движении электрона в пространстве. Краеугольным камнем квантовой теории является принцип неопределенностей Гейзенберга.
Сэд: Я, лично, принимая математическую формулировку принципа неопределенностей, совершенно не согласен с его физическим смыслом. Трактуя его как "нельзя измерить величины точнее, чем это позволяет принцип неопределенности", мы тем самым вводим в физику субъективный фактор.
Квант: Да, действительно, при измерении происходит взаимодействие прибора с исследуемым объектом, которое принципиально нельзя сделать сколь угодно малым. Это приводит к существенному искажению первоначального состояния объекта и, следовательно, к неопределенности в последующих измерениях.
Нильс: Господа, сегодня отличная погода. Выйдем и продолжим разговор на балконе. ( Все выходят на балкон).
Сэд: Профессор, есть предложение еще раз наблюдать линии в солнечном спектре. Давайте возьмем лупу и призму и направим их на Солнце. На основании этого спектра мы в состоянии сделать вывод о том, какие элементы входят в состав атмосферы Солнца. Мы получим очень важную квантово механическую информацию. Таким образом, провели измерение. Я не думаю, что волновая функция, вектор состояния Солнца изменится в результате этих измерений. Я убежден, что всегда в душе, даже у Вас, профессор, возникает вопрос: "Как ведет себя система, если мы не измеряем?" Этот всегда присутствующий в квантовой теории субъективный фактор измерение - меня просто бесит. Неужели ничего более простого не могли найти классики для объяснения вероятностного характера поведения электрона. Для простоты и краткости будем говорить "электрон", а не микрочастица.
Квант: Коллега, сколько бы вы не кипятились, квантовая теория была и останется великим завоеванием человеческой мысли двадцатого века и основным орудием для исследования микропроцессов. Оглянитесь, сколько явлений было описано в рамках квантовой теории, какой огромный экспериментальный материал был осмыслен в рамках этой науки. Я горжусь тем, что преподавал этот предмет. Я думаю, что не все студенты так, как вы, восприняли эту дисциплину. И не думаю, что вам удастся перечеркнуть огромные успехи квантовой теории и повернуть науку вспять.
Сэд: Во-первых, профессор, я не отрицаю того факта, что квантовый подход оказался весьма плодотворным для систематики экспериментальных, особенно спектроскопических данных. Во-вторых, я не вижу необходимости поворачивать назад, к классическому образу мысли и классическим, детерминистским методам описания явлений в микромире.
Квант: Чего же вы хотите?
Сэд: Понять, как устроен мир. Вот Вы сказали, что квантовая теория описала огромный экспериментальный материал. Но какой ценой? Вот вопрос...Я например, не понимаю такое явление, как прохождение электрона через потенциальный барьер. Абсолютно не воспринимаю толкование того факта, что энергия маятника в квантовой теории в основном, нижайшем состоянии отлична от нуля. Меня не устраивает ответ типа - " это следует из решения уравнения Шредингера". Я хочу понять, почему, что заставляет электрон проходить через потенциальный барьер с нарушением закона сохранения энергии; и что заставляет маятник раскачиваться тогда, когда его никто не толкает. Дальше - больше. Я обвиняю квантовую теорию в том, что она в науку внесла элемент произвола. Часто, ученые сами того не желая, делали предположения, которые не следовали непосредственно из самой теории. Я имею в виду, в частности, появление в теории понятия спина. Согласен, спин нужное и важное понятие, без которого теперь не обойтись. Но это прибавило еще одну загадку: что такое спин? И так далее, и тому подобное... Уважаемый профессор, меньше всего я хотел вас обидеть. Это не Вы виноваты, что я не понял, а точнее не воспринял квантовую механику, а виноват сам предмет. Я утверждаю, что квантовую механику невозможно понять нормальному человеку. Все известные попытки изложить квантовую механику так, чтобы она была понятна простому смертному, оказались безуспешными. К квантовой теории можно привыкнуть, а понять ее невозможно.
Квант: Уважаемый коллега, я не в состоянии дать вам наглядного объяснения на поставленные вами вопросы.
Сэд: Уважаемый профессор, сторонники квантовой теории под наглядностью часто понимают примитивный детерминизм. Меня устраивает вероятностная картина поведения микромира, но мне не нравится негласное присутствие в теории "прибора", процедуры измерения. Вообще, профессор, я благодарен тому обстоятельству, что есть такая глупая, непонятная наука как квантовая теория. Она меня заставила по-другому взглянуть и на остальные разделы теоретической физики.
Квант: Неужели и в других классических дисциплинах вы нашли изъяны.
Сэд: Не смейтесь, профессор, я окончательно понял, что я ничего не понял. Естественно, что первое и принципиальное непонимание возникло при новом чтении классической механики. Читаешь, все хорошо, до тех пор, пока не задумаешься, что, какая сила удерживает нашу прекрасную Землю на Солнечной орбите. Я поясню свое непонимание. Если мы возьмем гирьку, привяжем ее на веревочку и начнем в руке ее вращать. Через некоторое время гирька приобретет некоторую постоянную угловую скорость, и, если теперь привязать к веревочке динамометр, то его показания совпадут с центробежной силой, которую нетрудно рассчитать по известной формуле. Мы хорошо знаем силу, с которой Земля притягивается к Солнцу, то есть мы знаем показания динамометра, но мы не видим и не знаем веревочки, которая нас держит на определенном расстоянии от Солнца. Таким образом, я ставлю вопрос: что удерживает Землю на определенном расстоянии от Солнца, или другими словами, какой материальный носитель осуществляет закон всемирного тяготения?
Квант: Ну, а что вы нашли нехорошего в электродинамике, в науке, которая является образцом для подражания: в последние годы многие разделы теоретической физике строятся по образу и подобию с электродинамикой. Какие у нее недостатки?
Сэд: Если ответить коротко, то те же самые. Когда читаешь книги по электродинамике, то пока не задумываешься и наслаждаешься стройностью и красотой уравнений Максвелла, то все хорошо. Но стоит задуматься: а что такое напряженности электрического и магнитного полей; вообще, что такое поле, когда поле возникает или его материальный носитель существует в пространстве постоянно, всегда, и только появление свободного заряда или тока создает условия для проявления поля? Все эти вопросы наводят на мысль, что ученые ребята просто спрятались за это слово "поле", а в науке под названием "электродинамика" конь не валялся. Я не буду ждать от Вас, профессор, вопроса: что мне не нравится в статистической физике? Отвечу коротко - все. Современная статистика вся противоречит жизни и человеческой практике, поскольку статистическая физика как квантовая, так и классическая построена на уравнениях, которые во времени обратимы, а все явления природы необратимы. Под обратимостью микроскопических уравнений подразумевается их инвариантность относительно операции отражения времени. В статистической физике имеет место крупный изъян. Я убежден, что она должна строится на необратимых во времени уравнениях механики для микрочастицы, а построена на уравнениях, которые обратимы во времени. Подводя итоги своего изучения теоретической физики, прямо скажу: в вопросах миропонимания отсутствует стержень, на который все должно быть нанизано. В будущей физике должно произойти объединение, но не на бумаге - бумага терпит все, жаль, что не плачет - а на основе объективно существующей субстанции.
Нильс: Вообще я тебе удивляюсь, Сэд. Ты молодой образованный человек, а рассуждаешь как дремучий дед. Ты что не видишь прогресса в развитии науки и техники? Тебя не восхищают огромные фантастические успехи, достигнутые в инженерном деле, в вычислительной технике, в медицине, да и в быту вы уже не пользуетесь лучиной? За то время, что я здесь живу, и то вы успели сменить свой черно-белый на цветной телевизор. И эта книга не пишется ручкой на бумаге, а набирается на компьютере.
Сэд: Нет, почему же, Нильс. Все это я вижу, но это ничуть не связано с мировоззрением, с глобальной картиной Мира. Скажу больше: это почти никакого отношения не имеет к теоретической физике. Точнее наоборот, современная теоретическая физика имеет самое малое отношение к огромному прогрессу в науке и технике.
Квант: Опять вы говорите загадками. Поясните свое утверждение.
Сэд: Охотно, профессор. Когда первобытный человек увидел катящееся бревно по склону горы, у него возникли первые представления о колесе. Взяв в руки палку, он понял, что такое рычаг. Этого ему было достаточно, чтобы построить все механические машины. И никакого принципа относительности ему не надо было. Ему и так было ясно, что движение может быть только относительным. Когда же человек увидел, как подпрыгивает крышка на кипящем чайнике, ему стало понятно, как построить паровую машину. И опять его нисколько не интересовали ни первый, ни второй, ни третий законы термодинамики. Профессор, посмотрите, какое огромное количество работающих электрических машин, приборов и механизмов. Машины работают исправно, а ученые не знают, что такое электрический ток.
Нильс: Уж больно ты ловок, студент: увидел, как подпрыгивает крышка чайника, и паровоз готов и поехали...
Сэд: Ну, конечно, нет. Прошли тысячи лет, прежде чем эти наблюдения осуществились на практике.
Квант: Что по-вашему получается, что теоретическая физика вообще не нужна?
Сэд: Нет, почему же? Нужна, и даже очень нужна. Но я повторяю, что, по-моему, она, теоретическая физика, в начале двадцатого века вдруг свихнулась, свернула с пути истинного. Вместо того, чтобы как следует "постоять", "почесать затылок" и подумать перед качественно новой экспериментальной ситуацией, которая возникла в атомной физике, мне кажется, что ученые мужи были охвачены какой-то лихорадкой, заспешили получать результат любой ценой. И с нашими макроскопическими представлениями о пространстве и времени полезли в такую деликатную материю, как строение атома. Макроскопическое представление о пространстве и времени возникло у человека благодаря органам чувств. В его основе лежит твердое тело и периодическое движение макроскопических тел друг относительно друга. Когда же мы пытаемся анализировать движение атомного масштаба, то очевидно, что ни о каком твердом теле тут говорить не приходится, тем более о периодическом движении тел. Едва ли найдется такой смельчак, который станет утверждать, что электрон движется периодически по круговой орбите относительно ядра. Меня особенно смущает, что эти макроскопические представления о пространстве и времени лежат в основе современных теорий элементарных частиц. В этих теориях огромная роль принадлежит понятиям симметрии. Постояв перед зеркалом поутру со своим почти твердым телом, поперемещав, повращав и зеркально отразив его, мы на этих приятных представлениях строим теорию элементарных частиц. Абсурд, да и только.
Квант: Вы восстаете против современной физики, как будто знаете, как ее можно исправить, как будто знаете ответы на поставленные вами вопросы.
Сэд: На все вопросы, конечно, я не знаю ответов, но, мне кажется, есть возможность сделать всю физику более объективной, последовательной и стройной. Но об этом завтра.