3. Наука и метафизика в принципе неопределенности

Все, с чем мы сталкиваемся в субатомной физике, более или менее именно такого рода. Например, мы хотим предсказать число ядер урана, которые должны подвергнуться делению под воздействием нейтронов. Это предсказание имеет большое значение для применения квантовой теории при производстве ядерной энергии. Этот вид предсказания математически того же типа, что и всякое предсказание числа точек-событий в определенной области. Поэтому вся практическая работа может быть выполнена без учета принципа неопределенности. Этот принцип играет роль только тогда, когда мы задаемся вопросом, в каких пределах мы можем сформулировать нашу проблему, употребляя традиционное понятие частиц, описывающих траектории «в пространстве и времени», или, другими словами, декартовы координаты х, у, 2, которые мы можем описать как непрерывные функции времени t. Исследованиями таких ученых, как Гейзенберг, Шредингер и де Бройль, было раскрыто, что точка-событие не может быть предсказана посредством введения траекторий, проходящих через точки в пространстве, где события должны иметь место. Предсказание может быть сделано только путем вычисления ф-функции и путем применения ее операционального значения.

Однако это описывает метод, который действительно применяется в атомной физике. Здесь мы употребляем понятия, очень далекие от тех, с помощью которых мы описываем мир нашим традиционным языком обыденного здравого смысла.

Чтобы получить результаты волновой механики с помощью описания поведения частиц, необходимо ввести понятия, вроде «неопределенность координат».

«импульс частицы», «среднее число ударов, производимых частицей в определенной области экрана», и т. д. Эти законы поведения частиц, конечно, сильно отличаются от ньютоновских законов и очень отличны от представлений здравого смысла о частицах. Как указал Бор, мы должны избегать приписывания атомному объекту (такому, как электрон) традиционных свойств частицы. Как мы показали, «положение и скорость частицы» есть выражение без операционального значения, если его применять к малым частицам. Чтобы «гуманизировать» эти частицы, которые не имеют традиционных свойств частиц, мы должны поставить вопрос о том, как вела бы себя частица, если бы она имела традиционные свойства, но была бы при этом очень мала. Тогда мы пришли бы к знаменитому выводу, который впервые был получен Гейзенбергом: всякая попытка измерить положение частицы делает невозможным измерение импульса, и наоборот.

Этот способ выражения сохраняет определенную аналогию с опытом обыденного здравого смысла; он сохраняет привычку говорить о частицах, описывающих действительные траектории; они «имеют» положение и импульс, но положение и импульс не могут наблюдаться одновременно.

Ланде также правильно и ясно указывает, что мы можем избежать этой метафизической интерпретации, следуя способу, каким Нильс Бор описывал ситуацию, в которой должен иметь место индетерминизм. Бор выразил это очень ясно:

«Когда экспериментальное устройство или состояние может интерпретироваться с помощью частиц, положение которых определяется с погрешностью Ах, тогда это же устройство или состояние не может интерпретироваться с помощью частиц, обладающих импульсами, определяемыми точнее, чем АРХ — А/Лдг, и наоборот».

Интересно, что, согласно Бору, всякое состояние или устройство может быть интерпретировано посредством частиц; однако он не утверждает, что частицы существуют. Если мы ограничимся тем, как Бор излагает законы субатомных явлений, то физическая теория явлений этого типа в принципе не будет отличаться от всякой другой физической теории, В общем она будет иметь ту же логическую структуру, которую мы описали выше, при рассмотрении специальных случаев. Философские интерпретации, которые вводятся принципом неопределенности Гей- зенберга и принципом дополнительности Бора, не вносят никакого элемента неясности или иррациональности, если мы будем строго придерживаться концепции, что эти принципы являются интерпретациями субатомных явлений в том смысле, который МЫ' описали как в этой, так и в гл. 9, трактующей об атомных явлениях со строго научной точки зрения. Эти интерпретации, однако, заведут нас в тупик, если мы примем- их чересчур всерьез, то есть если мы будем рассматривать их как утверждения о реальности.

Генри Маргенау, выдающийся специалист как в области физики, так и в области философии науки, тщательно разбирает проблему реальности в субатомной физике и квантовой механике. Мы ограничимся специальной проблемой относительно того, могут ли частицы (электроны, нейтроны и т. д.) в субатомной физике рассматриваться как реальные вещи или они суть только конструкции, в то время как физическую реальность составляют волны де Бройля. Маргенау доказывает, Что «использование вероятностей как существенных орудий в описании природы привело к разделению нашего опыта на две области: одну — состоящую из непосредственных данных (наблюдений, измерений), которые совсем не поддаются предсказанию в деталях, и другую — чистую и рациональную, являющуюся областью законов и закономерностей, вечных субстанций, принципов сохранения и т. п.»

Маргенау предлагает назвать первую область исторической, а вторую — физической реальностью. Если мы применим это разделение к явлениям и интерпретациям субатомной физики, то станет ясно, что темные пятна, создаваемые на экране попаданиями электронов или фотонов, являются элементами исторической реальности; причем каждый из них в отдельности не детерминирован экспериментальными условиями.

Это утверждение, конечно, верно, если и только если учитывать, что мы называем эти объекты «реальными» потому, что они подчиняются причинному закону, и не забывать, что эта связь между «реальностью» и причинностью основывается только на аналогии с опытом обыденного здравого смысла. Мы легко можем убедиться в этом, если обратим наше внимание на тот факт, что другие авторы отрицают «реальность» «вероятностей» и заявляют, что частицы (вроде электронов, нейтронов и т. д.) являются частью физической реальности. Как одного из самых выдающихся среди них можно упомянуть Вильяма X. Веркмейстера, который написал два учебника и много статей по философии науки. Он начинает с утверждения, что всякая концепция «физической реальности» должна начинаться с «обычных вещей», вроде скал и планет, которые «реальны», согласно утверждениям здравого смысла. Затем, рассуждает он, следует добавить те объекты, которые находятся в непосредственном взаимодействии с «обычными вещами». На обычном языке физики мы говорим, что электроны или другие субатомные частицы взаимодействуют с макроскопическими кусками металла, и это взаимодействие (например, рассеивание) описано посредством формул, выведенных в математической физике. Поэтому, рассуждает Веркмейстер, эти субатомные частицы должны быть включены в «физическую реальность» вместе с обычными вещами. Но вероятности, или «ф-функции», не взаимодействуют с обычными вещами, если выбирать слова, по возможности . более близкие к словоупотреблению обыденного здравого смысла.

Согласно Маргенау, «волны вероятностей» де Бройля относятся к физической реальности, а частицы не относятся, тогда как, по Веркмейстеру, материальные частицы являются единственными «реальными объектами» в субатомной физике. Согласно же концепции философской интерпретации, представленной в этой книге, между утверждениями Маргенау и утверждениями Веркмейстера о «физической реальности» нет противоречия. Оба утверждения основываются на одной и той же научной доктрине— квантовой теории де Бройля и Бора; они интерпретируют одну и ту же научную теорию с помощью разных аналогий, взятых из опыта обыденного здравого смысла. Эти два утверждения начинают противоречить друг другу только в том случае, если кто-либо поверит, что метафизические утверждения являются результатами «видения с помощью интеллекта», или «восприятия высшей реальности за пределами наблюдаемых фактов». В этом случае Маргенау полагает, что «высшая реальность» состоит из

т

«волн вероятностей», которые, конечно, являются не материальными, а скорее психическими или духовными сущностями, тогда как, по утверждению Веркмейстера, «высшая реальность» состоит из материальных частиц, или, по терминологии некоторых философов, из кусков косной материи.

В первом случае субатомная физика становится опорой идеалистического или спиритуалистического мировоззрения, тогда как во втором случае атомная физика XX века не может использоваться для поддержания идеализма и для опровержения материализма. Такие метафизические интерпретации очень часто имеют целью поддержание желаемого поведения людей, какого-либо излюбленного образа жизни. Едва ли может быть сомнение в том, что Маргенау рассматривает утверждение, что «волны вероятности» являются частью физической реальности, не как интерпретацию с помощью аналогий, а как «истинное утверждение» о реальности. Это становится особенно ясно, если мы сравним позицию Маргенау по вопросу о реальности с позицией Бора, Согласно принципу дополнительности Бора, не существует однозначного описания изолированных атомных объектов. Исключающие друг друга разные экспериментальные устройства дают разные описания одних и тех же атомных объектов. Поскольку в условных терминах мы не можем описать самый атомный объект, то необходимо начать с объекта в пределах конкретных рамок экспериментального устройства, которое мы можем также назвать и конкретной операцией наблюдения. Если дана конкретная ситуация, то применение математического аппарата квантовой теории, или, другими словами, дифференциального уравнения для ф-функции, позволяет нам предсказывать явления, которые можно ожидать как результат нашего эксперимента. Согласно Бору, слово «явление» следует понимать так же, как оно понимается на языке здравого смысла. Бор говорит, что, как бы далеко явления ни выходили за пределы классического физического объяснения, отчет о вся- ком Свидетельстве должен быть выражен в классических терминах.

Бор отказался бы придать «явлению», или ф-функции, атрибут «реальный». Маргенау, однако, описывает позицию, занятую Бором, следующим образом:

«Физика имеет выбор между описанием природы в терминах классических наблюдений (положений частиц и т. д.) и описанием ее в терминах абстрактных состояний, таких, как ф-функции. Первый выбор допускает визуальные наблюдения [явлений], но требует отказа от причинности; второй запрещает визуальные наблюдения, но допускает сохранение причинности. И эти альтернативы никогда не могут быть примирены. Бор не требует от науки, чтобы она сделала выбор; а требует, чтобы она покорилась вечной дилемме. Он хочет, чтобы ученый научился жить, сидя на острие этой дилеммы, что с философской точки зрения может рассматриваться как благой совет»

Сам Бор не видит дилеммы в этой ситуации. Согласно ему, существуют два описания одного и того же атомного объекта, которые служат разным целям и не противоречат друг другу.

Говоря словами Маргенау, «наука фактически сделала свой выбор, и этим выбором была вторая альтернатива (описание с помощью ф-функций)». На самом же деле выбором науки было то, что использование ф-функции является наилучшим методом вычисления результата определенного эксперимента. Если под «реальностью» имеется в виду именно это, то Маргенау прав в своем утверждении «реальности» «вероятностной волны». Согласно же Бору, изложение с помощью ф-функции и изложение с помощью «наблюдаемого» не являются, как называет их Маргенау, «соперничающими теориями», между которыми, может быть, и будет найден выбор, а являются двумя описаниями в пределах одной и той же теории. Маргенау называет взгляд Бора «агностицизмом», который опасен потому, что он поощряет отказ от познания и подрывает веру исследования в других областях. Что касается Бора, то его взгляд представляет собой не агностицизм и отсутствие выбора, а исключительно глубокое решение — решение соединить в одной и той же картине мира явления, возникающие при всех возможных обстоятельствах. Если говорить на уровне философской интерпретации, то решение Бора является решением объединить все возможные аналогии с опытом здравого смысла в одной картине мира.