Можно ли было создать теорию квантовых явлений тем путем, который Эйнштейн признал единственно правильным? Безусловно, нет. Метод Эйнштейна включал в себя правильное положение о том, что теория отображает определенную совокупность явлений внешнего мира только как целое, определяя смысл и содержание используемых в ней понятий (физических категорий). Мы помним, что осознание этого факта привело его к отходу от позитивизма Маха и операционализма Бриджмена. Но метод Эйнштейна включал в себя также и требование предварительного отбора простейших понятий для «концептуального фундамента», из которого затем должна рационалистическим путем развиваться теория; он заранее предопределял также и тип связей между физическими категориями. Но как можно было сказать заранее, какие понятия среди выработанных классической физикой могут быть отобраны «для фундамента» и применены в теории квантовых явлений? И можно ли было использовать в ней классический тип связей? Первый период накопления фактов в этой области с несомненностью обнаружил невозможность отбирать заранее исходные понятия и тип связей между ними, чтобы затем строить теорию рационалистическим методом. Это было слишком очевидно. Нужно было искать другой путь к теории. И физики нашли его, не сразу, не без колебаний, конечно. Если отбросить то субъективное, что привносили и привносят в изложение и трактовку квантовой теории отдельные авторы, и кратко сформулировать объективную суть метода, которым создавалась квантовая механика, то эта суть может быть выражена следующим образом. В области атомных явлений физики встретились с рядом узловых экспериментальных фактов, необычных и даже странных с точки зрения уже известных классических законов. Исследователь должен исходить из этих экспериментальных соотношений и рассмотреть их совокупно, как единую логическую систему. Он заранее не может делать никаких предположений ни о природе физических объектов и их состояниях, ни о характере их взаимосвязей, заранее не может строить никаких определенных моделей исследуемого мира. Он не отбирает «для фундамента» никаких «наипростейших» понятий и не изменяет их смысла заранее, до образования теории; в каждом отдельном эксперименте он просто использует уже сложившиеся понятия, понятия классической физики. Чем он еще должен руководствоваться, так это положением, что при определенных условиях,— когда квантом действия можно пренебречь,— любая новая теория должна принимать форму уже испытанной классической теории. Это — так называемый принцип соответствия. Но и принцип соответствия не является принципом, навязываемым природе извне, императивно; по существу, он тоже выражает опытный факт — достоверность законов классической физики при определенных, «классических» условиях. Так в результате обобщения узловых экспериментальных фактов атомной физики устанавливается их логическая взаимосвязь, условие их совместности — квантовая теория. Природу физических объектов и их состояний, равно как и природу их взаимосвязей, физик принимает такими, какими они оказываются в результатах обобщенной теории. Они безусловно уже не те, что были в классических теориях; требование соблюдения «условий совместности» новой совокупности экспериментов, то есть новая теория, наложило свой отпечаток на природу категорий и связей между ними. Поскольку созданная таким путем квантовая теория подтверждается и последующими экспериментами и предсказывает новые, еще не встречавшиеся в лабораториях физиков, и, кроме того, удовлетворяет еще и принципу соответствия, она рассматривается как теория, адекватная внешнему миру, так же как адекватными представляются и все ее составные элементы и установленные в ней взаимосвязи. Таким образом, в области атомных явлений был применен именно такой метод образования теорий, который позволил раскрыть в природе новое, позволил выйти за пределы уже известных закономерностей, уже известных представлений о физических объектах и их характеристиках. В квантовой механике он привел к выводу о том, что физические свойства объекта должны рассматриваться не как абсолютные, присущие объекту самому по себе, а лишь как относительные, определяемые взаимодействием объектов в целостной системе. Тем самым устраняются представления классической физики не только о существовании систем отсчета с абсолютными свойствами, но и о существовании физических объектов с абсолютными свойствами. В этом смысле квантовая теория продолжает и углубляет деятельность Эйнштейна в области преобразований классических представлений. Квантовая теория обогатила также характеристику состояния физического объекта, определяя его по набору его потенциальных возможностей. Точно так же этот метод объективировал новую форму причинных связей — статистические закономерности. Последние вытекают здесь из существа самой теории, подтвержденной практикой, а не как временная замена «точных» динамических закономерностей, используемая нами в условиях слабости наших знаний. Здесь для иллюстрации мощности этого метода приведены только некоторые примеры раскрытия нового в природе. Но такой метод построения теорий и вытекающие из него следствия никак не укладывались в систему представлений Эйнштейна о структуре мира, о путях его познания, о том, что единственной формой причинной связи в природе могут быть только однозначные связи, отражаемые в «структурных» или дифференциальных уравнениях. Идея континуума, на которую Эйнштейн опирался и в теории относительности, и в обобщенной теории тяготения, и в разработке единой теории поля, совместима только с одним, указанным выше типом причинных связей. Все это и привело к тому, что Эйнштейн, исходивший из собственного метода построения теорий, не мог согласиться с основными идеями квантовой физики. Эйнштейн, конечно, приводил свои доводы против принятия квантовых идей. На первый взгляд они даже кажутся убедительными. Но при более внимательном рассмотрении становится ясным, что они опираются на априорные представления о природе квантовых объектов и процессов, а именно это и не разрешает делать метод рассмотрения условий совместности экспериментальных фактов, приводящий к новой теории, к созданию образа новой объективной реальности. Возражая Бору, Борну, Паули, Гейтлеру и другим, Эйнштейн в «Ответе на критику» указывает на то, что волновая функция не дает полного описания распада отдельного индивидуального атома, так как «не содержит в себе никаких указаний относительно момента времени распада радиоактивного атома» (курсив Эйнштейна). А ведь «каждый прежде всего склонен предположить,— продолжает он,— что индивидуальный атом распадается в определенный момент времени». В этой постановке проблемы явно обнаруживается априорный подход Эйнштейна: картина процесса обрисована прежде, чем создана теория, с позиции этой «наглядной картины» ведется критика новой теории. Здесь доводы и следствия поставлены «с ног на голову». Мы помним, что квантовая теория появилась в результате отыскания условий совместности экспериментальных фактов в данной области микроявлений, что она предсказала и новые факты, что она даже переходит в классическую (проверенную!) теорию при «классических условиях», что, следовательно, она, а не что-либо иное, не какая-либо «наглядная картина» выступает как адекватный образ физической реальности. И вот эта теория приводит к иной «картине» распада атома. Согласно теории (которая является обобщением опыта, многочисленные следствия которой подтверждаются опытом же!) время распада и анергия связаны так, что чем точнее определяется время ((t(0), тем неопределеннее становится изменение энергии (соотношение неопределенностей: (Е•(t(h). Наши представления о «механизме» распада должны меняться, они должны соответствовать теории. Это требование не ново, оно аналогично тому, как Эйнштейн в свое время требовал, чтобы наши представления о структуре жидкости соответствовали проверенной теории броуновского движения. На этом основании мы должны были допустить существование атомов и молекул, хотя непосредственно они не наблюдались. Однако, хотя Эйнштейн в свое время и пришел к выводу о необходимости трактовать теорию как целостность, «механизм» радиоактивного распада он рассматривал не в свете квантовой теории, а на основе привычных представлений, которые для данного случая выступали уже как априорные. В «Ответе на критику» он изображает небольшую дискуссию между критиком и защитником квантовой механики («физиком-теоретиком»). В уста последнего он вкладывает следующий довод в защиту квантовых идей: «Утверждение о существовании определенного момента распада имеет смысл, если я могу в принципе определить этот момент экспериментально... Вся мнимая трудность получается потому, что нечто ненаблюдаемое выдается в качестве «реального». (Таков ответ физика-теоретика.)» Вот этот предполагаемый ответ (несомненно, что такие ответы встречались) Эйнштейн и назвал (см. стр. 266) позитивистским, ведущим к принципу Беркли: существовать значит быть наблюдаемым. Но здесь нет логики. Позитивизм утверждает: существуют только мои ощущения, наблюдения, восприятия; они ничего не отражают вне меня («ощущения могут быть похожи только на ощущения же», говорит Беркли). Другое дело утверждение: данному представлению в данной области ничего не соответствует (не соответствует же ничто в реальном мире представлению о черте!). Доводы Эйнштейна против Маха были убедительны: атомы были ненаблюдаемы непосредственно, но они были и они наблюдались опосредованно, в частности, через теорию броуновского движения, что и доказал Эйнштейн. Доводы Эйнштейна против квантовой механики неубедительны потому, что он хочет заставить верить в существование такого ненаблюдаемого, которое не находит отражения в теории — образе физической реальности, а, напротив того, исключается ею. Аналогично этому в свое время критиковали соотношение неопределенностей координат и импульса квантового объекта: «Нельзя одновременно точно определить координаты и импульс? Ну, это только при современной технике; в будущем, когда техника усовершенствуется, координаты и импульс можно будет измерить абсолютно точно. Нельзя же ставить пределы нашему познанию!» Эта критика исходила из того, что координаты и импульс квантового объекта всегда существуют в определенно точном значении, вне связи друг с другом, невозможна только процедура одновременно точного измерения этих значений при современной технике. Но такая критика обнаруживает непонимание того, что квантовая теория (эвристическое значение которой Эйнштейн всегда признавал!) в корне изменила наши представления о квантовом объекте и процессах, происходящих в квантовой области. Мы помним, какой мощный импульс дал сам Эйнштейн развитию статистических методов физики. Тем не менее всю вторую половину жизни он категорически отрицал их объективный смысл. В письме Максу Борну от 3 декабря 1947 года он писал: «Мою физическую позицию я не могу для тебя обосновать так, чтобы ты признал ее сколько-нибудь разумной. Конечно, я понимаю, что принципиально статистическая точка зрения, необходимость которой в рамках существующего формализма впервые была ясно осознана ведь тобой, содержит значительную долю истины. Однако я не могу в эту теорию серьезно верить, потому что она несовместима с основным положением, что физика должна представлять действительность в пространстве и во времени без мистических дальнодействий... В чем я твердо убежден, так это в том, что в конце концов остановятся на теории, в которой закономерно связанными вещами будут не вероятности, а факты, как это и считалось недавно само собой разумеющимся. В обоснование этого убеждения я могу привести не логические доводы, а мой мизинец, как свидетеля, то есть авторитет, который не внушает доверия за пределами моей кожи». Всю жизнь Эйнштейна беспокоила двойственная, корпускулярно-волновая природа квантовых объектов (так называемый «дуализм»). Он, открывший фотонную структуру света, утверждал теперь, что все дискретные образования — элементарные частицы, атомы, фотоны и т. п.—суть сингулярности («особые области») поля, иначе говоря, они должны быть сведены к полю, в котором действуют «структурные уравнения», то есть дифференциальные уравнения, поскольку ничто, кроме них, по Эйнштейну, не является формой выражения причинной связи. Это прежде всего относится к статистической закономерности. Но современная квантовая электродинамика выявляет статистические закономерности и у поля. Дифференциальные уравнения (максвелловы) электромагнитного поля отражают лишь ту его сторону, которая рассматривается в макроскопической электродинамике, то есть закономерности в процессах, в которых существенную роль играют изменения средних значений переменных. В микропроцессах приходится иметь дело с флуктуациями переменных поля около средних значений и с квантованием поля. Поэтому переход к полю не может освободить физику от статистических закономерностей. Некоторые авторы обсуждают вопрос: не вытекает ли отрицательная позиция Эйнштейна по отношению к квантовой теории из какого-либо прозрения будущих путей развития физики, путей, которых еще не видят его соратники, но которые уже раскрылись перед его умственным взором? Нет, мы видим, что она вытекает из его методологии, из его понимания путей построения теории, из его априорной трактовки структуры внешнего мира, из того, что этому миру заранее предопределялся некий тип связей. Это отношение к квантовой теории появилось у него не в результате накопления нового экспериментального материала, ставящего под сомнение основные теории, не в итоге каких-либо собственных или даже чужих достижений. Оно появилось вскоре после построения им обобщенной теории тяготения, успех которой он принял за подтверждение «общего принципа относительности» и за обоснование тогда уже выработанной им рационалистической методологии. Еще 3 марта 1920 года Эйнштейн писал Максу Борну: «В свободное время я всегда размышлял над квантовыми проблемами с точки зрения относительности. Я не думаю, что эта теория может обойтись без континуума. Однако мне до сих пор не удалось придать осязаемый образ моей любимой идее — понять квантовую теорию с помощью дифференциальных уравнений, применяя условия для особых решений». А немного ранее в том же году (27 января) он писал Борну: «Меня также очень тревожит проблема причинности. Будут ли поглощение и излучение света квантами когда-либо поняты в смысле полной каузальности или же сохранится статистический остаток? Я должен признать, что у меня отсутствует мужество убеждения. Но я очень, очень неохотно отказываюсь от полной каузальности...». Мир, по Эйнштейну, представляется только в образе континуума и теория должна выражать его посредством дифференциальных уравнений, которые являются единственной формой каузальной связи,— таков смысл этих писем. Уже в то время в них ярко отразилась вся методология Эйнштейна. В ней ничего не изменилось до конца его жизни. Теперь эта методология уже явно встала вразрез с основным развитием физики.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ И ГНОСЕОЛОГИЯ ЭЙНШТЕЙНА» з дисципліни «Еволюція фізики»
