Лорен Грэхэм - Естествознание, философия и науки о человеческом поведении в Советском Союзе

Эволюция квантово-механических теорий — это путь, загроможденный неудовлетворительными объяснениями. Де Бройль изначально предположил, что материя волнообразна и что волны, описываемые квантовой механикой, не «представляют» систему, а сами есть система [787]. Это объяснение вызывает огромные трудности, которые мы не будем здесь рассматривать из-за их большой сложности. Природу некоторых из этих трудностей мы можем указать, заметив, что буквальное признание физической реальности волновой функции приведет к таким понятиям, как физическое пространство с почти бесконечной размерностью. И наиболее наглядным является неспособность такой интерпретации удовлетворительно объяснить, почему отдельный микрообъект при взаимодействии с чувствительной эмульсией оставляет пятно, а не отпечаток фронта волны [788]. Макс Борн первоначально выдвинул альтернативу: материя корпускулярна, а волновая функция описывает не частицы, а наши знания о них. Эта оригинальная теория, к сожалению, столкнулась с не меньшими трудностями при согласовании с физическими фактами, лучшей иллюстрацией которых может служить сейчас уже классический эксперимент по интерференции от двух щелей. Частицы пролетают через две узкие щели, а затем ударяются об экран, покрытый чувствительной эмульсией, и создают интерференционную картину, которая может быть объяснена лишь на основе волновых характеристик микротел.

Копенгагенская интерпретация, разработанная Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом, устранила противоречия предыдущих интерпретаций утверждением того, что никакое наблюдаемое не имеет величины до тех пор, пока не произведено измерение этого наблюдаемого. Как заявил Гейзенберг, «„траектория“ возникает только вследствие того, что мы ее наблюдаем» [789]. Таким образом, бессмысленно говорить о характеристиках материи в любой особый момент, не обладая эмпирическими данными, относящимися к этому моменту. Бессмысленно говорить о положении частицы («положение» является свойством корпускулярной теории) без измерения положения; также необоснованно было бы говорить об импульсе (волновое свойство) без его измерения. Такое примирение классически несовместимых характеристик путем утверждения их существования лишь в момент измерения обычно называется «дополнительностью» и является центром наиболее критических обсуждений квантовой механики.

Физики и философы естествознания не приходят к согласию ни по одному из определений дополнительности, хотя удовлетворительным является вышеизложенное определение, то есть противоречащие характеристики микрообъекта могут быть совместимыми при условии: существование отдельных характеристик утверждается лишь в отдельные моменты измерения. Другой формулировкой, обходившей вопрос «существования» характеристик, но тем не менее широко используемой, является утверждение о том, что квантовое описание явлений распадается на два взаимоисключающих класса, которые следует сочетать для того, чтобы иметь полное описание с помощью классических понятий. Именно эта последняя точка зрения была поддержана Оппенгеймером, когда он утверждал, что понятие дополнительности «признает: каждый из различных путей обсуждения физического опыта может иметь свою обоснованность и каждый может быть необходимым для адекватного описания физического мира и, несмотря на это, может находиться во взаимоисключающих отношениях с другим; таким образом, в ситуации, где подходит один, может не быть соответствующей возможности для приложения другого» [790]. Необходимо также добавить, что даже такие первоначальные лидеры квантовой механики, как Бор и Вольфганг Паули, не смогли достичь согласия в определениях дополнительности [791]. Основной проблемой в истории естествознания постоянно была вербальная интерпретация математических отношений.

До второй мировой войны взгляды советских физиков на квантовую механику были достаточно сходными со взглядами ведущих ученых во всем мире. Русская физика во многом была частью центрально- и западно-европейской физики. Работы таких ученых, как Бор и Гейзенберг, влияли на естествоиспытателей в Советском Союзе, так же как и на всех других ученых. В самом деле, советские физики говорили о «Русском филиале» копенгагенской школы, состоящей из группы талантливых физиков-теоретиков, включающей М.П. Бронштейна, Л.Д. Ландау, И.Е. Тамма и В.А. Фока. Однако, несмотря на внешнее согласие по квантовой механике с учеными других стран (или, более точно, расхождения, сходные с расхождениями ученых других стран), еще в 20-е годы отдельные советские физики осознавали, что диалектический материализм может со временем получить такую интерпретацию, которая сможет воздействовать и на их исследования [792]. Кроме того, Ленин посвятил целую книгу «Материализм и эмпириокритицизм» кризису в интерпретациях физики и особенно критиковал неопозитивизм Эрнста Маха, из которого происходит большая часть философии современной физики. Ленинское заявление о том, что диалектический материалист должен признавать существование материи отдельно и независимо от сознания, хотя и не прямо противоречило квантовой механике, однако могло рассматриваться, по крайней мере, как не сочетающееся с нежеланием копенгагенской школы рассматривать материю в отсутствие чувственных измерений. А распространение понятия дополнительности за пределы физики на другие области, включая этические и культурные проблемы, которое делалось некоторыми представителями копенгагенской школы, почти гарантировало конфликт с представителями марксизма [793]. Еще в 1929 г. ведущий советский философ того времени А.М. Деборин [794]читал в Академии наук лекцию «Ленин и кризис современной физики». Но первая серьезная критика традиционной интерпретации квантовой механики появилась в физическом журнале, а не в философском в 1936 г в статье К.В. Никольского [795]. Имел место спор между Никольским и В.А. Фоком, ведущим интерпретатором квантовой механики в Советском Союзе на протяжении более сорока лет, который изначально был приверженцем копенгагенской школы. В этом споре Никольский назвал копенгагенскую интерпретацию «идеалистической» и «махистской» [796], двумя ярлыками, которые получили после второй мировой войны широкое хождение среди советских марксистских критиков. Взгляд самого Никольского на квантовую механику заслуживает изучения и еще по одной причине: он был чисто статистическим подходом и мало отличался от послевоенной «ансамблевой» интерпретации Д.И. Блохинцева, которая будет обсуждаться более подробно далее.

С упоминанием «чисто статистического» подхода Никольского было бы уместным сделать здесь несколько замечаний по поводу понятия вероятности, которое является решающим для любой интерпретации квантовой механики. Вероятность в квантовой механике интерпретировалась различными учеными как в эпистемологическом, так и в статистическом смыслах. Статистический, или частотный, подход, использованный Никольским, был попыткой объективной интерпретации, в которой вероятность рассматривалась как присущая природе черта. С другой стороны, некоторые ученые рассматривали вероятность в квантовой механике, особенно через призму изначально данного Борном определения, как следствие имеющихся эпистемологических допущений. Эти ученые обсуждали даже такие необычные построения, как «волны знания». Различение этих двух подходов, которое часто терялось в дискуссиях по квантовой механике, является абсолютно необходимым для принятия решения: будет ли несводимо вероятностная теория также и обязательно идеалистической.