Вернер Гейзенбер - Шаги за горизонт

Но новая ситуация в квантовой теории не обязательно ставит традиционный метод науки под вопрос; под вопрос ставится только допущение, будто понятия и математические соотношения могут быть просто извлечены из опыта. Мы, конечно, не можем в квантовой теории опереться на строгую каузальность. Но, многократно повторяя эксперименты, мы можем в конце концов вывести из своих наблюдений статистические закономерности, а повторяя аналогичные серии экспериментов, можем подняться и к объективным оценкам этих закономерностей. Такой метод сплошь и рядом применяется в физике элементарных частиц, и его можно считать естественным ответвлением традиционного метода.

Словом, в конечном счете складывается впечатление, что мы в своем научном методе строго следуем традиции, созданной в эпоху Галилея. Хотя с тех пор выросло много разных дисциплин — физика, химия, биология, теория атома и атомного ядра, — основополагающий метод остался прежним. Похоже, большинство ученых нашего времени считает его единственным приемлемым методом, способным привести к объективным, то есть к верным, суждениям относительно поведения природы.

Предпринималась попытка выработать совершенно иной подход к изучению природы, и мне следовало бы упомянуть о нем. Немецкий поэт Гёте попытался вернуться к дескриптивной науке — к такой науке, которую интересуют только зримые явления природы, а не эксперименты, искусственно вызывающие новые эффекты. Он был против рассечения явлений на объективную и субъективную стороны, и он боялся разрушения природы вышедшей из берегов технической наукой. Столкнувшись с загрязнением воздуха и воды, с отравлением почвы химическими удобрениями и с атомным оружием, мы понимаем сегодня опасения Гёте лучше, чем это было доступно его современникам. Однако попытка Гёте, по существу, не оказала влияния на развитие науки. Слишком уж впечатляющим был успех традиционного метода.

Помимо этой роли традиции при выборе проблем и в применении научного метода, ее влияние, пожалуй, оказывается всего сильнее в процессе образования и передачи понятий, с помощью которых мы пытаемся фиксировать феномены. История науки не ограничивается просто историей открытий и наблюдений, она включает также историю понятий, и я поэтому хотел бы в третьей части своего доклада вкратце разобрать историю понятий в эпоху, последовавшую за Коперником и Галилеем, и роль традиции в этой истории.

Новая наука начиналась с астрономии, так что положение и скорость тел оказались естественным образом первыми понятиями для описания природных феноменов. Ньютон, использовавший в «Математических началах натуральной философии» сверх того еще и понятия массы и силы, ввел термин «количество движения», в принципе совпадающий с тем, что мы называем импульсом; а позднее понятийная база механики была дополнена такими понятиями, как кинетическая и потенциальная энергия. На них в течение более чем столетия опиралась вся точная наука, и их успех был настолько впечатляющим, что даже когда изучаемые феномены наводили на мысль о новых понятиях, ученые старались хранить верность традиции и сводить свои концепции к старым понятиям. Движение жидкостей мы представляем себе как движение бесконечно многих мельчайших частиц жидкости, динамика которых с успехом поддается описанию в терминах ньютоновских законов. Когда во второй половине XVIII века пробудился интерес к электричеству и магнетизму, ученые продолжали пользоваться в описании феноменов понятием силы, а под силой в смысле старой механики понимали непосредственное воздействие, зависящее только от положения и скорости рассматриваемых тел. Для осмысления различных состояний и химического поведения материи Гассенди снова возвратился к идее ее атомистического строения, а его преемники использовали Ньютонову механику для описания движения атомов и вытекающих отсюда свойств материи. Луч света понимали либо как малую, стремительно движущуюся частицу, либо как серию волн. Волны со своей стороны не могли двигаться иначе как в материи того или иного рода, и ученые позволяли себе надеяться, что мельчайшие частицы этой материи можно в конечном счете представлять подчиняющимися ньютоновским законам.

Как и в случае с научным методом, никто не сомневался, что подобное сведение к механическим понятиям в конечном счете осуществимо. Но история решила иначе. В XIX веке становилось все яснее, что электромагнитные явления имеют иную природу. Фарадей ввел понятие электромагнитного поля, и после усовершенствования его теории Максвеллом это понятие приобретало еще большую реальность; физики постепенно поняли, что силовое поле в пространстве и времени может быть точно такой же реальностью, как положение или скорость массы, и что нет никакого смысла считать силовое поле характеристикой некой неведомой субстанции, именуемой «эфиром». Традиция здесь скорее сбивала с толку, чем помогала. Только после открытия относительности окончательно распрощались с идеей эфира, а тем самым и с надеждой свести электромагнетизм к механике.

Аналогичный процесс можно констатировать и в теории теплоты; правда, здесь отход от понятий механики заметен лишь в очень тонких вопросах. Вначале все казалось очень просто. Любое материальное образование состоит из множества атомов и молекул; считалось, что статистического обобщения механических движений этого множества частиц достаточно для создания полной картины поведения материи под влиянием тепла или химических изменений. Понятия температуры и энтропии представлялись в точности отвечающими задаче описания этого статистически выявляемого поведения. По-моему, Гиббс первым понял, какая пропасть в физике была открыта этими понятиями. Его идея канонического распределения показывает, что словом «температура» обозначается мера нашего знания о механическом поведении атомов, а не их объективное механическое поведение. Слово это относится к определенному роду наблюдения, потому что им заранее предполагается известный теплообмен между системой и измерительным прибором (термометром), т. е. состояние термодинамического равновесия. Поэтому, зная температуру системы, мы не можем в точности знать ее энергию, причем эта неточность зависит от числа степеней свободы системы. Естественно, традиция со всей очевидностью преграждала дорогу подобному истолкованию, и физики в своем большинстве, насколько мне известно, не принимали его вплоть до окончательного оформления квантовой теории в нашем столетии. Мне все же хотелось бы упомянуть, что Нильс Бор по моем прибытии в 1924 г. в его копенгагенский институт первым делом рекомендовал мне прочитать книгу Гиббса о термодинамике. И он добавил, что Гиббс — единственный физик, по-настоящему понявший статистическую термодинамику.