Аркадий Лукьянов - Историко-критическое введение в философию естествознания

Однако, авторы сочинения "Эволюция физики" констатировали, что "до сих пор мы не имели успеха в последовательном и убедительном выполнении этой программы". Поэтому во всех построениях "мы всё ещё должны допускать две реальности - поле и вещество" (Там же).

Развитие квантовой физики, начавшееся со знаменитой статьи М. Планка "О строении атомов и молекул" (1913), показало, что излучение носит двойственный корпускулярно-волновой характер. Нильс Бор не согласился с эйнштейновскими световыми квантами, предполагавшими дискретность пространственной структуры излучения. В вопросе о природе света Бор увидел гораздо более общую (не столько физическую), сколько методологическую проблему. Он писал, что "вопрос о существовании или отсутствии связи отдельных атомарных процессов нельзя просто рассматривать как различие между двумя чётко определёнными толкованиями распространения света в пустом пространстве, которые соответствовали бы корпускулярной или волновой теории света" (Бор Н. О действии атомов при соударениях //Бор Н. Избранные научные труды. Т. 1. - М., 1970. - С. 560). Речь, вероятнее всего, должна идти о том, насколько пространственно-временные представления, с помощью которых физики пытаются объяснить явления природы, применимы к описанию атомных процессов.

Следует подчеркнуть, что в классической механике всякая частица движется по определённой траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы её координата и импульс. Напротив, микрочастицы из-за наличия у них волновых свойств существенным образом отличаются от классических частиц. Это следует из корпускулярно-волновой природы микрочастиц. Так, понятие "длина волны в данной точке" лишено физического смысла, а поскольку импульс выражается через длину волны (

[Image001]

)**, то микрочастица с определённым импульсом имеет полностью неопределённую координату. И наоборот, если микрочастица находится в состоянии с точным значением координаты, то её импульс является полностью неопределённым.

______________ ** Р - импульс микрообъекта, h - постоянная Планка, л - длина волны.

В. Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц, пришёл в 1927 году к следующему выводу: объект микромира невозможно одновременно с любой наперёд заданной точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Согласно соотношению неопределённостей Гейзенберга, микрочастица не может иметь одновременно координату х и определённый импульс р. Причём, неопределённости данных величин удовлетворяют условию

[Image002]

,

т.е. произведение неопределённостей координаты и импульса не может быть меньше постоянной Планка.

Невозможность одновременно точного определения координаты и импульса является следствием специфики микрообъектов, отражающей особенности их объективных свойств, их двойственной корпускулярно-волновой природы.

Принцип дополнительности. По свидетельству В. Гейзенберга, основы идеи дополнительности выкристаллизовались у Н. Бора в начале 1927 года, во время отдыха в Норвегии, после нескольких месяцев изнурительной работы. Первым публичным изложением концепции дополнительности была лекция Бора, прочитанная 16 сентября 1927 года на Международном физическом конгрессе в Комо (Италия), посвящённом памяти Вольта.

Бор констатировал, что использование классических физических представлений в атомной физике является ограниченным. Данное обстоятельство породило стремление совершенно избавиться от классических понятий и образов. Однако Бор не сомневался в том, что "интерпретация эмпирического материала в существенном покоится именно на применении классических понятий" (Бор Н. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории //Избр. науч. труды. Т. 2. - М., 1971. - С. 30). Таким образом, отказываться от классических понятий нельзя, и в то же время применяться они должны не во всей полноте.

В ходе долгих размышлений Бор пришёл к необходимости расщепления единого классического описания микромира на два дополняющих и исключающих друг друга. Это обоснование опирается на два исходных пункта: во-первых, на так называемый квантовый постулат, а во-вторых, на подчинение квантовому постулату процессов наблюдения атомных явлений (См.: Алексеев И.С. Концепция дополнительности: историко-методологический анализ. - М.: Наука, 1978. - С. 17).

Согласно квантовому постулату, "каждому атомному процессу свойственна существенная прерывность или, скорее, индивидуальность, совершенно чуждая классической теории и выраженная планковским квантом действия" (Бор Н. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории //Там же. - С. 30). По мнению Бора, обычное (классическое) описание природы "покоится всецело на предпосылке, что рассматриваемое явление можно наблюдать, не оказывая на него заметного влияния" (Там же. - С. 31). Совсем другое дело, когда мы описываем квантовый мир. "Согласно квантовому постулату, всякое наблюдение атомных явлений включает такое взаимодействие последних со средствами наблюдения, которым нельзя пренебречь" (Там же). А поскольку взаимодействие наблюдаемых микрообъектов и средств наблюдения имеет неделимый характер, то ни явления, ни средства наблюдения не обладают статусом самостоятельной реальности.

"Итак, классические понятия пространственных координат и времени... а также энергии и импульса... остаются применимыми, - пишет И.С. Алексеев, и в квантовой области. Меняется только способ их сочетания - в строгом, точном смысле они не могут применяться совместно. Поэтому дополнительный способ описания можно назвать неклассическим употреблением классических понятий" (Алексеев И.С. Указ. соч. - С. 19).

Принцип дополнительности, который Н. Бор сформулировал в 1927 году, звучит следующим образом:

получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым" (См.: Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. - С. 161).

Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и её скорость (или импульс).

Принципы причинности и соответствия. Некоторые исследователи из соотношения неопределённостей делают вывод о неприменимости принципа причинности к явлениям микромира. При этом они опираются на следующие соображения. В классической механике по известному состоянию системы в некоторый момент времени и силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно описать её состояние в любой последующий момент. Микрообъекты, напротив, не могут иметь одновременно и определённую координату, и определённую соответствующую проекцию импульса. Отсюда делается тот вывод, что в начальный момент времени состояние системы точно не определяется. А если это так, то невозможно прогнозировать последующие состояния системы, т.е. происходит нарушение принципа причинности.