Смысле в интерпретации квантовой теории

Вид материала

Подобный материал:

1 2 3 4

теорией Лоренца и специальной теорией относительности, хотя

они проводились с иной целью и, насколько я знаю, никто не

утверждал, что они могут использоваться для того, чтобы ре-

шить, кто же прав - Эйнштейн или Лоренц.

Долгое время и совершенно независимо от ЭПР аргумента я

говорил, что хотя представление об отсутствии действия на рас-

стоянии во всех отношениях более удовлетворительно, чем идея

действия на расстоянии (особенно с точки зрения реалиста), не

следует полагать, что действие на расстоянии априори невоз-

можно или что оно исключено реализмом.

Этот подход слегка отличается от подхода Эйнштейна, кото-

рый говорил, что <существует одно допущение, которое мы, на

мой взгляд, должны поддерживать при всех обстоятельствах:

реальное положение вещей (состояние) системы S\2 не зависит от

того, что проделывают с пространственно отдаленной от нее си-

стемой S\1>. Не думаю, что следовало бы легко отказываться от

этого допущения, но вряд ли нужно стремиться сохранять его

<при всех обстоятельствах>. Нам надо быть готовыми к тому,

чтобы "де-то принять действие на расстоянии.

Но прежде чем отбросить такой интуитивно приемлемый прин-

цип, как принцип локального действия, вся ситуация в целом

должна быть проанализирована более глубоко и тщательно, чем

это делалось до сих пор. Разумеется, действие на расстоянии не-

совместимо со специальной теории относительности, точнее с эй-

нштейновской (в отличие от лоренцевской) интерпретацией этого

формализма (я уже отмечал это). Действие на расстоянии, если

бы оно было принято, потребовало бы значительной модифика-

Albert Einstein: Philosopher-Scientist, 1949. P. 85. Перевод этого места

слегка исправлен [Рус. пер.: Эйнштейн А. Автобиографические заметки//Эик-

штейн А. Собр. науч. тр. М.: Наука, 1967. Т.4. С. 290].

36

ции специальной теории относительности, потребовало бы отбро-

сить ее эйнштейновскую интерпретацию. Не следует, однако, за-

бывать, что с точки зрения общей теории относительности специ-

альная теория относительности - лишь первое приближение.

В любом случае главное, что мне хочется сказать и что, как

я полагаю, хотел сказать сам Эйнштейн, состоит в следующем.

Обычно все происходит в мире по принципу локального дей-

ствия и вопреки тому, что, как считается, дают эти эксперимен-

ты. Если принимается действие на расстоянии, то в мире наря-

ду с нормальным допускается ненормальный ход событий. Это

было бы сильным ударом по здравому смыслу. Но все представ-

ления здравого смысла, включая и это представление, всегда

должны быть открыты для критики.

Однако не только здравый смысл конфликтует с этими экс-

периментами и с отрицанием локальности. С ними конфликту-

ют все наши астрономические знания и результаты техничес-

ких приложений физики, ибо все они предполагают реальность

времени и исключают действие на расстоянии. И что даже более

важно - выводимые из этих экспериментов, а также из ситуа-

ции в атомной физике в целом идеалистические утверждения, в

особенности теория, согласно которой течение времени - это

субъективная иллюзия, находятся, как мне представляется, в

глубоком конфликте с биологией и теорией эволюции.

Поэтому, до того как отвергнуть локальность, нам кроме ука-

занных недавних экспериментов, которые, кстати, вызывают

много вопросов, предстоит еще многое сделать. И подчеркнем

снова, что их результаты вопреки многочисленным утвержде-

ниям не входят в противоречие с реализмом. За истекшие ше-

стьдесят лет не без влияния махизма философы и физики слиш-

ком часто спешили поверить идеализму. Одна из задач настоя-

щего тома Постскриптума - постараться проанализировать

многие из прошлых аргументов в пользу идеализма, которые

многие физики считают просто само собой разумеющимися, и

показать их ошибочность.

IX

Мне хотелось бы предложить простой эксперимент, кото-

рый можно рассматривать как обобщение аргумента Эйнш-

тейна, Подольского и Розена. ЭПР <мысленный экспери-

Этот эксперимент может быть в принципе проведен с парой фотонов,

созданной аннигиляцией частиц.

37

мент>, в том виде как он был первоначально сформулирован, -

всего лишь аргумент, а не реальный эксперимент. Я хочу пред-

ложить решающий эксперимент, позволяющий проверить, до-

статочно ли только познавания, чтобы возникла <неопреде-

ленность>, а вместе с нею (как предполагает копенгагенская

интерпретация) рассеяние значений сопряженных величин,

или же за это рассеяние ответственна именно физическая си-

туация.

У нас есть источник, скажем позитроний, который испуска-

ет в противоположенных направлениях пары провзаимодейство-

вавших частиц. Рассмотрим пары частиц, движущихся вдоль

положительной и отрицательной осей к двум экранам со щеля-

ми A и B, ширину каждой из которых можно регулировать

(рис. 2). Позади щелей по обе стороны расположены наборы счет-

чиков Гейгера, образующие полуокружности.

Допустим, что интенсивность излучения испускаемых час-

тиц очень низка, так что очень высока вероятность того, что две

частицы, которые действительно прореагировали до испускания,

будут зарегистрированы слева и справа одновременно.

Те из частиц, которые прошли сквозь щели A и B, будут реги-

стрироваться счетчиками Гейгера. Причем наши счетчики - счет-

чики совпадений: они связаны таким образом, что регистрируют

лишь те частицы, которые одновременно проходят через A и B.

Тем самым почти достоверно, что подсчитываются только пары

провзаимодействовавшихдруг с другом частиц.

Теперь, делая щели A и B шире или уже, проверим гейзенбер-

говский разброс для обоих пучков частиц (движущихся направо

и налево). Если щели сужаются, то начинают работать счетчи-

ки, расположенные выше и ниже по отношению к щелям. То, что

эти счетчики <вступили в игру>, означает расширение угла рас-

38

сеяния при сужении щелей в соответствии с гейзенберговскими

соотношениями.

Сделаем щель A очень узкой, а щель B очень широкой. Со-

гласно ЭПР аргументу, мы измерили q\y для обеих частиц (одна

проходит через A, а вторая через B) с одинаковой точностью _q\y

щели A, поскольку мы теперь можем приблизительно с той же

самой точностью рассчитать координату y частицы, которая

проходит через B, хотя эта щель гораздо шире. Мы достигли

таким образом достаточно точного <знания> координаты q\y этой

частицы - косвенно измерили координату этой частицы по оси

y. И поскольку, согласно копенгагенской интерпретации эта

координата - наше знание, описываемое теорией и особенно

соотношениями Гейзенберга, мы ожидаем, что импульс p\y пуч-

ка, приходящего через B, имеет такой же разброс значений, что

и у пучка, проходящего через щель A, хотя она намного уже,

чем щель B.

Однако рассеяние может быть, в принципе, проверено по-

средством установленных счетчиков. Если копенгагенская ин-

терпретация верна, то такие счетчики, находящиеся за B и по-

казывающие широкое рассеяние (и узкую щель), должны те-

перь подсчитывать совпадения: речь идет о счетчиках, кото-

рые до того, как щель A была сужена, не считали каких-либо

частиц.

Подведем итог: если копенгагенская интерпретация верна,

то любое возрастание точности просто нашего знания координа-

ты q\y частиц, движущихся направо, должно увеличить их рас-

сеяние, причем это предсказание должно быть проверяемым.

Я склонен предположить, что проверка покажет против ко-

пенгагенской интерпретации. Хотя отсюда будет следовать, что

тезис Гейзенберга о том, что его формула применима ко всем

видам косвенных измерений (тезис, который приверженцы ко-

пенгагенской интерпретации - такие как фон Нейман - твер-

до считают частью квантовой механики), подорван, сама кван-

товая механика (например, формализм Шредингера) останется

в неприкосновенности.

Какой же будет координата, если наш эксперимент (вопреки

моему ожиданию) подтвердит копенгагенскую интерпретацию,

т.е. если частицы, чьи координаты по оси y косвенно измерены

в B, обнаружат возросшее рассеяние?

Это могло бы интерпретироваться как указание на действие

на расстоянии, и если так, то нам придется отказаться от эйнш-

тейновской интерпретации специальной теории относительности,

40

т.е. вернуться к интерпретации Лоренца, а вместе с нею к ньюто-

новскому абсолютному пространству и времени. Мы не должны в

таком случае отказываться от какой-либо формулы специальной

теории относительности, ибо специальная относительность -

интерпретация формализма, и тот же самый формализм может

интерпретироваться либо как специальная теория относительно-

сти, либо как лоренцевское представление, согласно которому

существуют абсолютные пространство и время, которые, однако,

по причинам, зафиксированным в формализме, не могут быть

обнаружены. Что же касается эйнштейновской интерпретации

специальной теории относительности, то она утверждает, что од-

новременность не имеет абсолютного смысла, что если нет како-

го-либо способа обнаружить абсолютное пространство и время -

когда это обнаружение действительно исключено формализмом,

то не следует и допускать их существование.

В свое время, конечно, лоренцевская приверженность поко-

ящемуся эфиру и ньютоновскому абсолютному пространству и

времени выглядела несколько скандальной, а релятивистская

интерпретация того же формализма была простой, элегантной и

убедительной. С моей точки зрения, решающим аргументом в

пользу эйнштейновской теории было то, что она показала воз-

можность замены ньютоновской теории (которая была более ус-

пешна, чем какая-либо другая теория из когда-либо предлагав-

шихся теорий) альтернативной теорией с более широкой облас-

тью приложения, и так относящейся к ньютоновской теории, а

также что каждый успех последней будет успехом и альтерна-

тивной теории, которая при этом корректирует и некоторые ре-

зультаты ньютоновской теории. Указанное логическое отноше-

ние между этими двумя теориями, на мой взгляд, более суще-

ственно, нежели то, какая из них является лучшим приближе-

нием к истине.

Бор был, конечно же, страстным почитателем специальной

теории относительности. Он, как и почти всякий в то время, хо-

тел бы избежать ее опровержения. Если было бы показано, что

такое опровержение необходимо, чтобы защитить квантовую ме-

ханику, то это даже для Вора, по-видимому, означало бы, что

квантовая механика опровергнута. Так что специальная теория

относительности определила в какой-то степени тот стандарт,

которому квантовая механика должна была соответствовать.

Однако только теперь новые эксперименты, проистекающие

из работ Белла, создали ситуацию, в которой возможно предло-

жение заменить эйнштейновскую интерпретацию на лоренцевс-

41

кую. Если существует действие на расстоянии, то имеется что-

то похожее на абсолютное пространство. Вспомним, что до сих

пор при выборе между лоренцевской теорией и специальной те-

орией относительности ничего похожего на решающий экспери-

мент не проводилось. Если теперь из квантовой механики выте-

кают теоретические аргументы в пользу введения абсолютной

одновременности, то они заставляют вернуться к лоренцевской

интерпретации.

X

Настоящий том Постскриптума посвящен главным образом

физическим проблемам. Эти проблемы тем не менее одновре-

менно подводят нас к тому, что я назвал <Метафизическим эпи-

логом>, в котором очерчен представляющийся мне новым и обе-

щающим путь рассмотрения физического космоса и особенно

проблемы материи, путь, на котором, как я надеюсь, станет воз-

можным разрешить трудности квантовой теории. Появление

этого тома поэтому вызвано к жизни не столько проблемами

микрофизической теории, которая важна сама по себе, сколько

проблемами физической космологии.

Космологические размышления играют и всегда играли чрез-

вычайно важную роль в развитии науки. Критически исследуя

эти умозрительные теории, мы можем в значительной мере раз-

вить их, возможно до такой степени, что они будут допускать

эмпирическую проверку. (Так поступили авторы теории стацио-

нарной расширяющейся вселенной, причем проверки привели к

отвержению этой теории.) Многие космологические спекулятив-

ные теории - в особенности в их начальных формулировках -

не могут быть эмпирически проверены и фальсифицированы,

поэтому я предпочитаю называть их скорее метафизическими,

чем научными.

В этом томе я ввел термин <метафизические исследовательс-

кие программы>, чтобы обозначить двойственный характер этих

космологических теорий: их программный характер, формиру-

ющий и определяющий процесс научного исследования, их не-

Интерес к физической космологии в годы, последовавшие за периодом,

когда я написал эту часть Постскриптума,повел меня за пределы физики, в

особенности в биологию, к изучению человеческого духа и продуктов челове-

ческого духа, которые я назвал третьим миром. CM.: Objective Knoweledge,

1972; The Self and Its Brain, 1977, а также Afterword и Addenda к второму

тому Постскриптума.

41

проверяемость (по крайней мере на первых порах) и, стало быть,

метафизичность.

В <Метафизическом эпилоге> настоящего тома я сказал не-

много об исследовательских программах вообще. Кроме того, я

предложил реальную исследовательскую программу, примени-

мую к действительным проблемам физики и биологии и обес-

печивающую их интерпретацию. По ходу введения моей мета-

физической исследовательской программы мне пришлось вник-

нуть в историю науки и реконструировать <ситуационную ло-

гику (logic of situation)>, а именно отчетливо сформулировать

последовательность проблемных ситуаций в физике (а затем и

биологии) в терминах, в которых должны рассматриваться моя

собственная метафизическая исследовательская программа, а

также ее многие предшественницы и соперницы, для того что-

бы быть понятыми, подвергнутыми критике и оцененными.

Где только не встретишь такие исследовательские програм-

мы! Они определяют или возникают из того, что в какой-то мо-

мент рассматриваются как удовлетворительное объяснение на-

учной проблемы. По-видимому, Томас Кун имел в виду что-то

близкое, когда употреблял термин < парадигмы >. Моя точка

зрения, правда, радикально отличается от его точки зрения: я

смотрю на эти программы через призму ситуаций, которые мо-

гут быть рационально реконструированы, и вижу в научной ре-

волюции результат рациональной критики, т.е. той деятельнос-

ти, которую в историческом развитии науки я считаю важней-

шей. Пусть опровержение научной теории так влияет на учено-

го, что выглядит чем-то похожим на обращение в иную веру. Но

это будет рациональное обращение (например, ситуация с Ре-

зерфордом).

Название <метафизические исследовательские программы>

использовалось мною для обозначения некоторых исследователь-

ских программ в науке, а именно - для тех из них, которые

экспериментально непроверяемы. Спустя более десяти лет неко-

торые из моих сотрудников изменили это название, введя тер-

мин <научно-исследовательские программы (scientific research

programmes)>. Разумеется, наука пронизана этими исследова-

тельскими программами, и они играют решающе важную роль

Kuhn T.S. The Structure of Scientific Revolutions, 1962 [Рус. пер.: Кун Т.

Структура научных революций. М.: Прогресс, 1975].

См. мою статью: Rationality of Scientific Revolutions (Спенсеровская

лекция)//РгоЫепм of Scientific Revolutions: Progress and Obstacles to Progress

in the Sciences, 1975.

42

в ее развитии. Но обычно они все же не имеют характера прове-

ряемых научных теорий. Они могут стать научными теория-

ми, но тогда у нас нет больше повода называть их исследова-

тельскими программами. Ведь в любом случае их намного труд-

нее критиковать, чем теории, и намного легче сохранять некри-

тически.

В самом деле, зачем восхвалять достоинства исследовательс-

ких программ. Давайте лучше развивать их методологию. Уче-

ные всем своим образованием помещены внутрь исследователь-

ских программ (в этом отношении Кун, по-видимому, прав). Нет

поэтому нужды беспокоиться о поддержке исследовательских

программ или о <программировании> ими исследования. Как

правило, актуальнее побуждать людей критиковать исследова-

тельские программы или освобождаться от них, чем призывать

их принять эти программы и стать их приверженцами.

(Это просто объясняется в терминах ситуационной логики.

Молодой ученый, если он не является исключительно одарен-

ным и столь же исключительно хорошо подготовленным, обыч-

но ощущает такую подавленность обилием и разнообразием про-

блем той области знания, в которую он хочет войти, что им не-

редко овладевает чувство отчаяния, неверия в свою способность

внести свой вклад в ее развитие. Исследовательская программа

значительно облегчает стоящую перед ним задачу. Приведенное

ситуационное объяснение может восприниматься как частичная

поддержка куновской <нормальной науки>.)

Обычно мы сознаем свою исследовательскую программу только тогда, когда на нас нисходит, что она вероятно базируется на ложной метафизике. Осознавая, что мы работаем в пределах некоторой метафизической исследовательской программы, мы, в сущности, осознаем, что возможны альтернативы. Это означает, что мы отказываемся от нашей метафизической исследовательской программы как от эвристики и смотрим на ее альтернативы как на нечто возможно более продуктивное.

В тех же редких случаях, когда метафизическая исследова-

тельская программа в самом деле становится осознанной (или

даже намеренно вводится, как вводится моя космология пред-

расположенностей), ее следует рекомендовать лишь с условием

соблюдения последовательно критического отношения к ней и

поиска возможных альтернатив.

Это вопрос рациональности человека и более специальный

вопрос рациональности науки. Нам надо всегда помнить об опас-

ности превращения в <нормальных ученых> - ученых, кото-

43

рые работают слепо, некритически, не осознавая предпосылок

своих исследовательских программ. <Нормальный ученый> не

стремится быть рациональным настолько, насколько это в его

силах, ибо не пытается быть критичным настолько, насколько

он может быть критичным.

С моей точки зрения методологи научно-исследовательских

программ недостаточно понимают ту фундаментальную роль, ко-

торую в развитии знания играет критицизм. Как я вижу эту

проблему, критичность - это первейший долг ученого и всякого,

кто хочет продвигать вперед познание. С другой стороны, виде-

ние новых проблем и обладание новыми идеями - творческая

оригинальность, это уже не чей-то долг, это - дар божий.

Притягательная сила исследовательских программ, проявив-

шаяся в этом новейшем течении, глубоко коренится в старой

жажде оригинальности и одновременно эвристики, алгоритма,

научного метода, ведущего к новым и лучшим идеям. Как я

давал понять во всех моих работах, такой эвристики, позитивной

методологии, по всей видимости, не существует. Что касается

старого вопроса о методе - почему некоторые люди выдвигают

хорошие идеи, а другие нет, то надлежащий ответ состоит в том,

что у одних людей появляется много идей - среди них возможно

есть несколько хороших, - и эти люди весьма критичны в отно-

шении к собственным идеям, тогда как другие имеют мало идей,

по отношению к которым они не очень критичны. По всей види-

мости, каждый может умножить число идей, которыми он распо-

лагает, и несомненно быть более критичным в отношении своих

идей. Но в любом случае у нас никогда не будет уверенности, что

мы продвигаемся в верном направлении. Даже если бы появи-

лась такая эвристика, даже если бы появился проторенный путь

к новым идеям или проблемам, выглядящим как <хорошие> или

<прогрессивные>, нашей первейшей задачей оставалась бы кри-

тика этого пути. Мы скорее всего оказываемся на ложном пути

тогда, когда думаем, что он прогрессивный. Даже Эйнштейн, как

я объясню далее (см. разд. 26), оказался на ложном пути, разра-

батывая свою собственную исследовательскую программу объе-

динения электромагнитных и гравитационных полевых теорий.

"" CM.: Criticism and Growth of Knowledge. 1970. Русский перевод статьи

И. Лакатоса <Фальсификация и методология научно-исследовательских про-

грамм> из этой книги вышел отдельным изданием (М.: Медиум, 1995).

'* CM,: Realism and the Aim of Science - первый том настоящего Постскрип-

тума.Из введения к этой книге читатель уяснит, что я в течение многих лет

возражал тем, кто считал, что такая эвристика возможна.

44

Blog

Смысле в интерпретации квантовой теории