Несколько слов к статье М.А. Маркова

Акад С. И. Вавилов

Философия диалектического материализма опирается на конкретное естествознание. Материализм возник на основе изучения природы, развивался и преобразовывался вместе с этим изучением.

Почти до конца XIX века философ мог черпать свой материал и свои аргументы из обыденного опыта, не углубляясь в физические законы и особенности явлений природы. Они не противоречили привычному опыту каждого человека: вся классическая физика во многом была обоснованием этого опыта и сама вырастала из него.

Начало нашего столетия совпало, однако, с эпохой глубочайших потрясений в естествознании, особенно в области физики. Исследователю сделался доступным микро-мир: атомы, элементарные частицы, электроны, фотоны и законы их взаимодействия. Вместе с тем открылся мир огромных протяженностей, вселенная спиральных туманностей. Ученый получил возможность экспериментировать со скоростями, приближающимися к скорости света. Физик и астроном проникли в области, ранее для них недоступные, причем  оказалось, что законы явлений здесь существенно иные, чем в мире средних, привычных человеческих масштабов. Глубокий анализ содержания новой физики с позиций диалектического материализма в начале XX века дал В. И. Ленин. Новые явления и законы оказались не только не противоречащими основам материализма, но с еще большей ясностью раскрывающими его диалектические черты.

Со времени появления «Материализма и эмпириокритицизма» рост нового естествознания продолжался нарастающими темпами, и сейчас перед естествоиспытателем и философом находится сложная система новых законов, понятий и фактов, в которой необходимо разобраться с принципиальной стороны, поскольку новое естествознание, несомненно, расширяет и изменяет конкретное содержание диалектико-материалистической философии.

С философской точки зрения в новом естествознании многое еще остается неясным. Хорошо известно, что на современную физику, астрономию и теоретическую биологию стремится опереться идеализм в разных видах и проявлениях – от махистского логического позитивизма до возрожденного средневекового мистицизма. Среди самих естествоиспытателей по отношению ко многим вопросам нового естествознания нет установившейся, общепринятой философской точки зрения. Например, в некоторых отношениях радикально расходятся взгляды вождей современной теоретической физики – А. Эйнштейна и Н. Бора. Эйнштейна, в отличие в общем от позитивистских позиций Бора, не покидают надежды объяснить и теоретически вывести свойства элементарных частиц, электронов и протонов на основе общего представления о непрерывных физических силовых полях. Таким путем, с точки зрения Эйнштейна, удалось бы сохранить идею о физической реальности, не ограниченную особенностями наблюдательных и измерительных приборов. Правда, не ясно, насколько последовательна конкретная физическая программа Эйнштейна.

К сожалению, наши философы и представители конкретного естествознания недостаточно и не всегда должным образом учитывают состояние и проблемы новой науки. На это указывал тов. А. А. Жданов в своем выступлении на недавней философской дискуссии, об этом же говорили и другие участники дискуссии. Нередко «борьба» с ошибочной и враждебной нам идеологией в области науки сводится к отрицательным эпитетам в разной степени без разбора ошибочных доводов и без их убедительного опровержения. Не следует забывать, что в очень многих случаях авторы этих ошибок – выдающиеся ученые, заслуги которых в конкретном естествознании несомненны и очень велики.

Публикуемая в «Вопросах философии» статья физика-теоретика М. А. Маркова «О природе физического знания» составляет часть подготовленной им к печати научно-популярной книги и содержит очень интересную и новую трактовку многих острых вопросов, связанных с современной стадией развития физики. В этой статье разбирается принцип дополнительности (роль математического метода в новой физике), вопрос о «моделях» и ряд других вопросов. Интерпретация, предлагаемая М. А. Марковым, во многих своих деталях нова и может служить предметом спора. Однако она, несомненно, представит большой интерес и материал для размышлений как философа так и физика. Нетрудно, конечно, заметить, что многие большие проблемы развиты М. А. Марковым недостаточно. Вопрос совсем не так ясен, как может показаться с первого взгляда при чтении статьи. Почему, например, макро-приборы, переводя микро-явления на «человеческий язык», делают их статистическими? Кроется ли статистическая неопределенность в методе познания или в самом деле существа? Эйнштейн в шутку любит говорить, что он сильно сомневается в том, что «бог играет с людьми в кости».

Очень хотелось бы, чтобы статья М. А. Маркова стала исходным пунктом большой и серьезной дискуссии по затронутым автором вопросам и чтобы эта дискуссия не свелась к наклеиванию клеймящих ярлыков со стороны участников дискуссии, — нужен подробный и деловой разбор вопроса по существу.

Хотелось бы также, чтобы вслед за статьей М. А. Маркова в «Вопросах философии» появились аналогичные статьи и исследования по другим разделам естествознания, в особенности астрономии и биологии.

О природе физического знания**

«Главный недостаток всего предшествовавшего материализма - включая и фейербаховский - заключается в том, что предмет, действительность, чувственность берется только в форме объекта или в форме созерцания, а не как человеческая чувственная деятельность, практика, не субъективно. Поэтому и случилось так, что действенная сторона, в противоположность материализму, развивалась идеализмом, но только абстрактно, так как идеализм, разумеется, не знает действительной, чувственной стороны как таковой»

К. Маркс

«Для нас возможна только геоцентрическая физика, химия, биология, метеорология и т. д., и эти науки ничего не теряют от утверждения, что они имеют силу только для земли и поэтому лишь относительны. Если мы всерьез потребуем лишенной центра науки, то мы этим остановим движение всякой науки»

Ф. Энгельс

Развитие физики в последние десятилетия значительно обогатило наше знание. Наше научное проникновение в микро-мир раскрыло много нового и неожиданного. Оно привело не только к открытию новых, прежде неизвестных объектов микро-мира - позитрона, нейтрона, мезона и т. д. - оно привело к открытию специфических закономерностей микро-мира, столь фундаментально отличных от того, что встречалось нам в макро-физике. Развитие физики привело к новому физическому воззрению, и это новое физическое воззрение имеет огромный теоретико-познавательный интерес. Хотя физические основы этого воззрения с большой полнотой сформулированы около двадцати лет назад, значение новой физики для теории познания далеко еще не раскрыто.

Вряд ли найдутся два физика, вполне согласные друг с другом по принципиальным вопросам, связанным с этой концепцией, по вопросам теоретико-познавательного характера.

В ряде стран за рубежом в последние годы появляются попытки исследований философских проблем, поставленных изучением микро-мира.

Авторы этих исследований - главным образом физики. Не случайно физики стали философствовать: физики вынуждены философствовать, ибо для современной физики особенно характерно, что ее нельзя излагать, не затрагивая глубокие вопросы теории познания, - эти вопросы тесно связаны с конкретным содержанием новой теории.

Проблема причинности, понятие физической реальности, наконец, фундаментальная проблема взаимоотношения субъекта и объекта - все они оживленно дискутируются в свете конкретных данных о микро-мире.

Каждый существенный этап в развитии науки, в развитии физики, оказывал, как известно, существенное влияние на развитие теории познания, и здесь очень важно выяснить, что же действительно нового приносит с собой в материалистическую теорию познания наше проникновение в микро-мир.

Многие зарубежные физики, очень авторитетные в своей области, считают, что современная физика развивается в направлении от материализма к идеализму. Изумительные достижения современной науки часто неожиданно окрашиваются в пессимистические тона. «Точное знание внешнего мира становится для нас невозможным», - пишет Джинс в своей книге «Physics and Philosophy».

На новом этапе развития науки возникает поэтому тот же, прежний вопрос: «Подтверждает ли современная физика идеализм?»

Для того чтобы не расплываться в общих фразах по этой многогранной проблеме мы в нашей статье сознательно ограничим задачу. Мы ограничимся «одним» вопросом: действительно ли точное знание внешнего мира становится для нас невозможным?

Если внимательно вдуматься в те принципиальные проблемы, которые требуют своего обсуждения и обычно обсуждаются в физике микро-мира, то все они в конце концов призываются для решения этой конечной проблемы. Поставив этот вопрос, мы вынуждены в какой-то мере касаться всех гносеологических проблем, как это практически и вынуждены делать физики, ибо вопрос имеет вполне конкретное практическое для физика значение, что и заставляет его отправляться в эту непривычную для физика, трудную и далекую экскурсию по гносеологическим проблемам.

Постановка этого вопроса требует в первую очередь внимательного анализа самой природы знания о микро-мире, которое полно специфического своеобразия.

Это своеобразие заключается в следующем: классическая макроскопическая механика оказалась к микро-миру не применимой. Современная теория микро-мира - это так называемая квантовая теория. Структура квантовой теории примерно такова: микро-явление наблюдается макроскопическим прибором - этот макроскопический прибор устанавливает связь между экспериментатором и микро-явлением. Квантовая теория дает физическое истолкование того, что происходит в макро-приборе под воздействием микро-явления. Образ микро-явления воссоздается по результатам показания макроскопического прибора, к которому применима классическая механика. Поэтому результаты, наблюдения, мы, естественно, выражаем в понятиях классической механики, например, в понятиях импульса или координаты.

На первый взгляд кажется, что получается внутреннее противоречие в самой теории: с одной стороны, отказ в микро-мире от классической механики и, с другой стороны, признание необходимости истолкования нами явления микро-мира в понятиях классической механики.

В квантовой теории это противоречие, как мы увидим ниже, снимается тем, что квантовая теория считает неправильным рассматривать некоторые свойства микро-объекта оторванно от макроскопического прибора, с которым этот объект взаимодействует. В этих случаях принципиально нельзя отвлечься от роли макроскопического прибора, которая, как выясняется, может быть различной в зависимости от характера самого прибора.

Во всяком случае, современная квантовая теория рассматривает явления микро-мира только в неразрывной связи с взаимодействующим с ним макро-прибором.

Это обстоятельство накладывает известный макроскопический отпечаток на природы нашего знания микро-мира, на его внешнюю форму, на «язык» этого знания, на образы. Вот эта классическая макроскопическая форма знания микро-мира и подлежит в первую очередь тщательному исследованию.

Физика дает конкретные знания микро-мира при таком макроскопическом подходе к нему с помощью макроскопического прибора. Но вопрос, почему познающий субъект обязан смотреть на микро-мир через макро-прибор, - этот вопрос выходит за рамки компетенции физики: он связан с появлением самого мыслящего и знающего существа в природе как макроскопического существа и определяется всем историческим процессом возникновения мыслящей материи.

Если познающий субъект был бы сам объектом микро-мира, вряд ли для него появилась бы необходимость рассматривать микро-мир через макро-прибор, - другими словами, он вряд ли стал бы строить современную квантовую теорию, для которой существенно наблюдение с помощью макро-прибора, - эта несколько отвлеченная и парадоксальная постановка вопроса показывает, во всяком случае, что перед нами, в основном, гносеологическая проблема.

 Подчеркиваемая нами макроскопическая природа, макроскопическая форма знания, даваемая квантовой механикой, в том или ином аспекте обсуждалась в литературе очень широко, но в зарубежной литературе все эти вопросы, как правило, получали идеалистическое истолкование.

В нашей философской литературе принципиальные вопросы квантовой теории пока не подвергались внимательному анализу. Распространено, по-видимому, мнение, что квантовая механика - «слишком» новая теория, которая еще не устоялась, что в ней много неясностей, которые с развитием теории сами собой исчезнут. Иначе говоря, все трудности ее анализа возлагаются на плечи «потомков». Может быть, это очень «удобная» позиция, но квантовая теория существует уже четверть столетия. С фактической, физической точки зрения она блестяще обоснована экспериментом в той области, на которую она претендует. Поэтому вряд ли такая позиция может быть оправдана.

В отличие от такой позиции мы, наоборот, исходим из существующей теории, берем квантовую теорию в ее современном, «сегодняшнем» варианте.

С  общей точки зрения эта позиция также ограничена. Она ограничена определенной физической концепцией (теория дополнительности). Мы, таким образом, сознательно ставим перед собой частную, но вполне конкретную задачу: выяснить возможность последовательно материалистического истолкования этой физической концепции.

Большое несчастье для материалиста - под покровом случайных, внешних «идеалистических украшений» проглядеть материалистическое содержание новой теории, встать на путь отрицания ее и, оставаясь на старых, привычных позициях, превратиться из новатора, которым должен быть последовательный материалист, в убежденного рутинера.

Ниже дана попытка материалистически истолковать особую роль макроскопического прибора в современной квантовой теории и в связи с этим исследовать макроскопическую природу нашего знания микро-мира. Насколько эта попытка удачна, покажет ее дальнейшее обсуждение.

Квантовая теория

В классической теории состояние частицы в данный момент характеризуется ее точным положением в пространстве (координатой), ее массой и скоростью (импульсом).

В квантовой области «импульс» и «координата» частицы - это понятия взаимно конкурирующие: если имеется состояние частицы с определенным, т. е. точно данным, значением импульса, то к такой реальности неприменимо понятие определенного положения. И обратно, если известно, что частица находится в данный момент в данном месте, то к частице неприменимо понятие точного, определенного импульса.

Здесь внимание настораживается, хочется знать, что скрывается за этим словом «неприменимо». Мы пока раскроем лишь внешний, догматический смысл новой теории, ее формальную сторону.

Какое же содержание имеет фраза: «Неприменимо понятие положения частицы, если известен ее точный импульс»? Смысл утверждения таков: «Если организовать поиски этой частицы с помощью точных физических приборов, фиксирующих ее положение, то частица обнаруживается с равной вероятностью в любой точке пространства».

Этот ответ, может быть, несколько разочаровывает. Разве в классическом случае точного знания импульса и отсутствия каких-либо сведений о координате имеется другая ситуация? Нет. Но в классической теории предполагается, что этот «элемент незнания» координаты частицы случаен, мы просто не удосужились узнать, измерить координату. В квантовой же области существенно утверждение «...и невозможно принципиально измерить координату, если желательно сохранить известным определенное значение импульса частицы». Оказывается, при измерении положения частицы прибор неизбежно меняет неопределенным образом ее прежний импульс.

Теперь, после точного измерения координаты частицы, мы имеем другой случай состояния, случай, полностью исключающий предыдущий: точно известно положение частицы, но совершенно неизвестно, как прибор изменил ее первоначальный импульс. После измерения положения частицы ее импульс делается неопределенным. Все «коварство» квантовых взаимодействий заключается в том, что нельзя контролировать изменения импульса при наблюдении координаты. Попытка организовать такой контроль, правда, дает ту величину, на которую изменился импульс частицы, но одновременно, как показывает анализ, она приносит с собой потерю прежнего знания координаты.

Нельзя придумать такой опыт, утверждает квантовая теория, в результате которого можно было получить одновременно знания положения частицы и ее импульса. Это утверждение носит принципиальный характер и не зависит от качества аппаратуры наблюдения. По своему характеру оно вполне аналогично утверждению невозможности создания вечного двигателя первого рода, добывающего энергию «из ничего». Самая головоломная конструкция вечного двигателя принципиально не способна обойти закон сохранения энергии. Здесь же, в этом «конфликте» координаты и импульса, повинен, по утверждению квантовой теории, атомизм взаимодействия, а взаимодействие - неизбежный элемент любого наблюдения с помощью любой конструкции.

При рассмотрении проекта вечного двигателя всегда обнаруживается конкретная причина, почему та или иная конструкция не работает вопреки желанию ее автора.

Вполне аналогичным образом при анализе любого предложения, аппарата любой конструкции, предназначенного для одновременного точного измерения импульса и координаты частицы, всегда вскрывается конкретная причина, в силу которой аппарат оказывается не в силах оправдать ожидания. Проекты такого рода часто обсуждались в первые годы возникновения квантовой теории и получили название «мыслимых экспериментов». Хотя рассмотрение этих мыслимых экспериментов имеет не большее научное значение, чем обсуждение очередного проекта вечного двигателя, все же некоторый педагогический интерес оно представляет: более конкретно ощущаются эти удивительные закономерности микро-мира.

Перед нами попытка определить положение электрона с помощью идеального микроскопа. В микроскоп, как известно, можно «что-то» рассмотреть, если это «что-то» по своим размерам не меньше, во всяком случае, длины волны света, которым оно освещается. Чем точнее мы стремимся определить положение электрона, тем меньше должна быть длина волны света. Но другая природа света - это кванты. И если квант света падает на электрон, он сообщает ему какой-то импульс. Энергия этих квант фатальным для нашего эксперимента образом тем больше, чем меньше длина волны.

Следовательно, при точном определении положения электрона мы должны освещать его светом как угодно малой длины волны. Это значит применить кванты как угодно большой энергии. Это значит как угодно большое изменение первоначального импульса электрона. Если этот импульс нам был известен до опыта с микроскопом, то после опыта, после попытки точно определить положение электрона, его импульс полностью неизвестен.

Проект потерпел неудачу.

Можно попытаться определить положение электрона с помощью щели. Чем уже щель, через которую пролетает электрон, тем точнее в этот момент фиксируется его положение. Здесь «неприятность» приходит со стороны волновой природы электрона. Волновой луч, проходя через отверстие, через щель, испытывает отклонение, дифракцию; электрон, проходя сквозь щель, в силу своих волновых свойств меняет свое направление, а следовательно, и импульс. На самом деле, в деталях явление это сложнее, но и здесь та же фатальная закономерность: чем уже щель, чем точнее определяется положение электрона, тем значительнее меняется первоначальный импульс. Проект этот терпит неудачу. Так всякий раз при обсуждении проектов подобного рода вскрывалась их порочность.

Кроме необычайного для классической теории самого факта атомистичности действия обращает на себя внимание необычная «субъективность» языка: «нельзя одновременно узнать...», «принципиально невозможно измерить...», «для нас недоступно...» и т. д.

В литературе классической физики субъективная терминология, если она иногда встречается, носит случайный характер и имеет точный строгий перевод на объективный язык физических фактов.

Возникает вопрос: каков объективный смысл чисто субъективного языка квантовой теории? Этот вопрос мы оставляем до следующих параграфов, а здесь продолжим изложение формального содержания квантовой теории, не уклоняясь далеко ни по существу, ни терминологически от обычного популярного пересказа.

Во всех предыдущих случаях имелось в виду точное измерение импульса или координаты частицы, но своеобразное положение создается и в случае неточного измерения этих величин.

При анализе теории или мыслимых экспериментов оказываются возможными такие измерения, в результате которых можно заключить, что координата частицы, правда, точно неизвестна, но она лежит вот в «таких-то» пределах, что импульс частицы нельзя доказать точно, но он заведомо не больше, чем «такой-то» импульс. Иначе говоря, опыт дает координату частицы с «такой-то» ошибкой, с «такой-то» неточностью, эту неточность можно выразить численно. Если выразить неточность в импульсе также в числах, то оказывается, что произведение этих неточностей при одновременном наблюдении над частицей никогда не бывает меньше половины кванта действия. В крайнем случае, если условия опыта являются исключительно благоприятными, произведение этих неточностей равно половине кванта действия. Это как раз то знаменитое «соотношение неточностей» квантовой теории, которое носит универсальный характер и часто возводится в физике в почетный ранг принципа.

Этот принцип является следствием квантовой теории, наиболее сжатой формулировкой ее особенностей. Он разъясняет, что характер взаимодействия таков, что одновременно измерение импульса и координаты возможно, в лучшем случае, только с такими неточностями. Тот или иной эксперимент, та или иная физическая аппаратура, призванная измерить координату и импульс частицы - они могут как угодно варьировать эти неточности измерения, но произведение неточностей неизбежно подчиняется данному соотношению. При изложении вопроса это место часто снабжается замечанием: «Соотношение неточностей, принцип неточностей формулирует, таким образом, количественное ограничение применимости к образу микро-мира в один и тот же момент классических представлений импульса и координаты».

Хотя это замечание звучит как резюме, оно тем не менее в чисто логическом отношении совсем не представляется однозначно строгим выводом из предыдущего: оно скорее носит характер «толкования». Во всяком случае, оно возбуждает ряд вопросов, ответы на которые являются в дальнейшем основной целью нашей статьи.

Надо обязательно добавлять: «одновременной применимости классических представлений импульса и координаты». В этой оговорке очень много своеобразного.

Действительно, если бы речь шла о неприменимости понятии координаты для частиц микро-мира или того же импульса, то такое положение не являлось бы с классической точки зрения необычным. Можно придумать самые разнообразные модели систем в классике, положение которых не характеризуется заданием какой-то одной избранной точки. Но в квантовой теории совсем другая ситуация. Можно, согласно квантовой теории, опытным путем найти точное значение координаты. Значит, координата имеет в квантовой теории для данного примера точно такой же смысл, как и в классической физике. Но в это же время к частице неприменимо понятие импульса.

Обратно, интересуясь только импульсом частицы, мы определяем точно его величину, и здесь опять нет никакого отличия от соответствующего классического понятия. Значит, импульс и координата - эти классические понятия сами по себе пригодны в микро-мире. Есть случаи, когда координата частицы имеет точный, вполне классический смысл. Есть случаи, когда импульс частицы имеет точный классический смысл, но одновременные точные значения этих величин исключают друг друга. Наше наглядное представление отказывается представлять себе что-либо подобное. Перед нашим мысленным взором «маячит» классическая частица, мы ее «видим» с ее определенной локализацией в пространстве, с ее определенной скоростью в определенном направлении.

Но что же это за частица микро-мира, как ее представлять, если наложены такие ограничения? Здравый смысл не удовлетворен, здравый смысл ропщет, он налагает свое унылое вето: «Не может быть!»

Мы оставим до дальнейшего в стороне этот конфликт между квантовой теорией и наглядными представлениями и констатируем пока «деловую» сторону вопроса. Она заключается в том, что при наличии атомизма действия опыт дает о состоянии частиц информацию в том ограниченном виде, о котором сейчас шла речь. Такую информацию о состоянии частиц мы в дальнейшем будем называть коротко «состоянием частицы», или вообще состоянием рассматриваемой системы, или «волновой функцией». Соответствующая математическая функция удовлетворяет так называемому волновому уравнению.

Если в самом деле то максимальное знание, что может дать точно и хорошо проведенный опыт, - это сведение о такого рода состояниях, то задача новой теории, или, как ее называют, квантовой механики, заключается в том, чтобы находить изменение этих состояний во времени и по этим сведениям (состояниям) предсказывать результаты тех или иных предполагаемых измерений.

Сформулируем, хотя бы очень внешне, сходство и различие классических и квантовых проблем. Если в механике Ньютона при решении конкретных задач задаются значения импульса и координаты в данный момент и находится значение этих величин в любой другой момент времени, то в квантовой теории в начальный момент задаются вероятности найти частицу в любом месте пространства с любым импульсом и отыскивается, как изменяется эта вероятность к любому другому моменту времени. Надо заметить, что по степени совершенства математического аппарата квантовая теория ничем не уступает механике Ньютона.

До сих пор мы подчеркивали главным образом то, в чем квантовая теория ограничивает классическую информацию о состояниях частиц. Однако квантовая механика блестяще разрешила множество проблем, непосильных для классической теории, но эту сторону квантовой теории, особенно важную и интересную для характеристики ее содержания мы в нашей статье рассматривать не будем.

О физических понятиях

Излагая соотношение неточностей, мы, следуя многим авторам, повторяли его обычную формулировку: «Нельзя одновременно измерить точно импульс и координату...»

В другом месте мы старательно подчеркивали неприменимость понятия координаты частицы в микро-мире, если ее точный импульс известен, и обратно. Само собой понятно, что если «неприменимо...», то, значит, и «нельзя», но если «нельзя», -  значит ли это «неприменимо»?

«Неприменимо» - это утверждение носит вполне объективный характер.

«Нельзя одновременно измерить...» «Нельзя» в буквальном своем смысле звучит как запрет, ограничивающий познание, но в данном случае в квантовой теории «нельзя измерить одновременно» имеет, как мы увидим, точный смысл слова «неприменимо».

Было бы совершенно неправильно воспринимать соотношение неточностей как какой-то злой рок, своего рода проклятие, тяготеющее над нашими попытками измерить импульс и координату микро-частицы. Предполагать, что частица имеет одновременно точное значение импульса и координаты, которые, однако, по каким-то случайным причинам нельзя точно измерить, - это значило бы прийти в противоречие с квантовой теорией. Дело идет о том, что самое понятие импульса или координаты объективно теряет смысл в этих условиях. Хотелось бы несколько подробнее остановиться на проблемах физических понятий вообще, на физическом определении их, на том, как они при случае «теряют свой смысл».

С давних времен в физике установилась традиция на первых страницах книги четко определять смысл физических понятий, которые необходимы для дальнейшего изложения. Тем не менее история развития физики показывает, что то или иное «неблагополучие» часто связано с «недостаточно строгим определением в прошлом основных физических понятий». Слово «основных» - коварное слово; его коварство заключается в том, что оно скрывает огромное число «неосновных» физических понятий, которые, будучи неосновными, не заслужили в свое время должного внимания.

Возведение понятия в «сан» «основного» не непогрешимо. И понятия, которые в свое время «обошли» с возведением в ранг основного, часто «мстят» физикам за невнимание. Об одном таком понятии (понятии одновременности) теория относительности ведет несколько сложный, но поучительный рассказ. Теория относительности в особенности приучила к осторожному обращению с «основными» физическими понятиями, но, главное, если можно так сказать, привила высокую культуру физических определений.

Определение физических понятий должно содержать существенным образом описание экспериментов, с помощью которых возможно сделать наблюдения и измерения, относящиеся к данному физическому понятию. Эта возможность измерения должна была хотя бы принципиальной. Это значит, что должен быть хотя бы мыслим такой опыт, т.е. проведение такого опыта не вступало бы, по меньшей мере, в противоречие с той теорией, которая содержит это понятие и которая в настоящий момент обсуждается или даже считается правильной. Если проведение такого опыта противоречит другим положениям теории и в рамках этой теории оказывается поэтому принципиально невозможным, то в рамках данной теории констатируется несостоятельность данного понятия. Если данная теория строго подтверждается экспериментом, то тем самым обсуждаемая экспериментальная несостоятельность раскрывает несостоятельность понятия.

В общем, выражаясь не книжным языком, «физик должен знать, о чем он говорит». Чтобы слова физических определений не были пустыми, физик не только должен рассказать, но и принципиально «показать», о чем идет речь, т.е. провести рассуждение «молча» с помощью приборов.

В таком общем и элементарном изложении с первого взгляда нельзя усмотреть огромную важность этих, казалось бы, простых истин: «физик должен знать, о чем он говорит». Часто недоразумение заключается в том, что физик «думает, что он знает, о чем он говорит». В таких случаях при обращении к эксперименту получается «возмездие».

С другой стороны, понятия обладают, так сказать, известной агрессивностью: они часто претендуют на области, где, по существу, применимость их лишена смысла, т.е. часто наше сознание по привычке, без достаточного основания, расширяет область применимости того или иного понятия и лишь после, иногда долгое время спустя, именно здесь обнаруживаются источники многих недоразумений. Таким примером является некритическое применение понятия импульса и координаты к частицам микро-мира.

Ввиду важности вопроса остановимся вначале на одном совсем элементарном примере - понятии скорости.

Мимо нас по шоссе мчится легковая машина. Мы говорим: какая «бешеная скорость». Глядя вслед сильной машине, переводим слово «бешеная» на язык цифр: 100-120 километров в час. «100-120 километров в час - такова скорость». Кажется, что фразу, взятую в кавычки, не может упрекнуть и самая придирчивая критика: нам фраза понятна, «мы знаем, о чем идет речь».

Но здесь могут обратить наше внимание на то обстоятельство, что шоссе вместе с землей само движется вокруг солнца со скоростью 30 километров в секунду, что, собственно говоря, мы скорость автомобиля «указали неправильно».

Но более того, вся солнечная система с огромной скоростью (около 20 километров в секунду) движется к созвездию Геркулеса. Наконец, галактика движется тоже.

Какова же в самом деле, наконец, скорость автомобиля? Откуда мы взяли, казалось, понятную цифру 100-120 километров? Последний вопрос имеет однозначный, точный ответ: 100-120 километров - это скорость легковой машины относительно нас, стоящих на обочине шоссе. Теперь настало время признаться в заблуждении. Мы писали: «нам фраза понятна», «мы знаем, о чем идет речь» (100-120 километров - такова скорость). В этой фразе пропущены слова «относительно Земли». Без этих слов фраза, ясный смысл которой мы всячески подчеркивали, не имеет никакого смысла... Но какова же скорость автомобиля вообще, скорость «как таковая», безотносительно к чему-либо?

«Безотносительно к чему-либо...» Это проще всего попытаться представить себе, удалив мысленно деревья, дома, наконец асфальт, шоссе... Мы закрываем глаза и представляем себе в пустой Вселенной «бешено» мчащийся автомобиль. Мы ловим себя на попытке совершить «жульничество» - измерить скорость автомобиля относительно нас самих - и во избежание подобных недоразумений садимся в автомобиль.

Мы знаем, что автомобиль «мчался мимо нас с бешеной скоростью», когда мы удачно вскочили в проходящую машину. Какова же ее скорость в настоящий момент?

Здесь физик отвечает советом, простую, но глубокую мудрость которого оценить по заслугам во всей полноте могли лишь последние десятилетия:

- Измерьте!

Пытаемся это сделать.

Но тут мы замечаем, что измерить скорость не можем. У нас нет другого тела, другого предмета, относительно которого измеряется скорость. И физик резюмирует положение: «Это значит, что понятие скорости здесь неприменимо».

Неприменимо, ибо понятие скорости включает в свое определение два тела и становится бессмысленным, если дано одно из них.

Смысл слова «измерьте» заключается не в том, чтобы испытать ваше искусство экспериментатора, - в нем великодушно не сомневаются, предполагается идеальный экспериментатор, вооруженный идеальными инструментами измерения, - это лишь просто способ проверки применимости в данном случае самого физического понятия, о котором идет речь. Приглашением перейти от слов к делу, от психологии к физике, показать, что за словами, которые вы произносите, скрыто реальное или, во всяком случае, внутреннее непротиворечивое содержание, - в этом, с другой стороны, заключается и огромное «педагогическое» значение предложения «измерьте».

Часто на некоторые вопросы нельзя ответить не потому, что «здесь наука бессильна», а просто по причине бессодержательности самого вопроса («Какова траектория тела вообще», «какова скорость вообще» и т. д.).

Для того, чтобы оградить себя от неуместных вопросов, физики выработали некоторое противоядие, которое в умеренной дозе имеет характер лекарства: они ограничивают вопросы в известном смысле «деловыми» вопросами. Физики считают, что форма обращения к ним должна быть примерно следующая: «Что будет наблюдаться, если я возьму и сделаю то-то и то-то?»

Если теория правильна и полна, она должна ответить на любой такой вопрос, - и ответить в форме определенного научного предвидения.

Необходимость указывать на табличку («Без дела не входить») оказывается особенно полезной, когда появляются фундаментальные трудности в теории. Эти фундаментальные трудности связаны часто с неприменимостью старых понятий в какой-то области явлений.

Надо заметить, что «мыслимый эксперимент» имеет смысл лишь иллюстрировать внутреннюю непротиворечивость и полноту теории. Если теория к тому же соответствует действительности, то мыслимый эксперимент может принципиально стать реальным экспериментом. Если теория терпит крах и наступает эпоха теоретического хаоса, мыслимые эксперименты, естественно, ничему помочь не могут. Здесь помощь можно ожидать только от реальных экспериментов. В квантовой теории мы имеем как раз случаи теории в широких пределах подтвержденной опытом. Поэтому строгий теоретический анализ возможностей измерения в рамках этой теории имеет фундаментальное значение. Анализ возможностей измерения, связанный с соотношением неточностей Гейзенберга, привел Нильса Бора к формулировке так называемого принципа дополнительности.

Принцип дополнительности[1]

Как мы знаем, частица в классической физике характеризуется, с одной стороны, координатой - положением в пространстве и времени, с другой стороны - определенным значением импульса и энергии. Непрерывный ряд положений частицы в пространстве и во времени дает нам пространственно-временную картину движения частицы.

Знание величин импульса и энергии частицы и всего, что происходит с этими величинами во всех перипетиях, постигших частицу, дает энергетическую сторону поведения частицы. Энергетическое поведение частицы строго характеризуется законами сохранения энергии и импульса. Пространственно-временная и энергетическая стороны в поведении частицы составляли в классической физике полную характеристику классической частицы.

В квантовой теории, как мы знаем, импульс и координата не могут быть одновременно точно измерены; одновременно они не имеют точного физического смысла. В квантовой теории, таким образом, можно рассматривать либо только энергетическую сторону поведения частицы с точки зрения законов сохранения, либо только пространственно-временную. Если в классике пространственная характеристика частицы, как материальной точки, определенным образом локализованной в пространстве и энергетическая характеристика находят отражение в объективном сосуществовании в образе частицы, то образ квантовой частицы таков, что эти стороны исключают друг друга.

Здесь надо ясно себе представлять смысл утверждения: «исключают друг друга». «Стороны» - не одушевленные существа, которые как-то борются и «исключают» друг друга. Но здесь все же входит в теорию «субъективный» момент, который может быть исчерпывающе понят при анализе характера нашего познания микро-мира как объективной деятельности человека. Человек исследует микро-мир с помощью физических приборов. Одни приборы дают сведения о микро-частице пространственно-временного характера, другие приборы дают сведения энергетического характера. Эти два класса приборов, вернее, два класса измерений, в известном смысле «враждебны» друг другу. Взаимодействие их с объектом микро-мира таково, что применение прибора одного класса исключает применение прибора другого класса. И это исключение, как утверждает квантовая теория, принципиально заложено в фундаменте квантовой механики и не зависит от практической конструкции прибора, а лишь от характера его «класса» (пространственно-временной или энергетический).

С этой точки зрения, «субъективный момент» заключен лишь в свободе выбора (для наблюдения) приборов того или другого класса. И, конечно, субъективный момент является моментом объективной деятельности человека. Но один прибор дает нас пространственно-временную картину, другой - энергетическую.

Здесь проявляется принципиальное различие роли прибора в классической и квантовой физике. Если в классической физике прибор вскрывает существующее состояние частицы[2], то в квантовой физике прибор часто участвует в создании состояния частицы, придает ему тот или иной смысл - пространственно-временной или энергетический. Прибор, как говорят, «приготовляет» состояние. Этот несколько «поварской» термин прочно вошел в язык квантовой теории.

Так как речь идет о таких сторонах понятия частицы, которые в классической физике дополняли друг друга, то и соответствующая новая ситуация в квантовой теории обозначена Н. Бором термином «дополнительность»; принцип же, формулирующий особый характер этой дополнительности в квантовой теории - «принципом дополнительности».

Иногда сравнивают «принцип дополнительности» Бора с «принципом относительности» Эйнштейна. Так как мы не касались последнего, то лишены возможности передать то существенное, в чем усматривается аналогия. Мы рассмотрим совсем простой пример, имея ввиду, конечно, что аналогии всегда страдают большими пороками.

Характер траектории движущегося тела, как известно, зависит от системы координат. Авторы популярных книг часто приглашают читателей в вагон железнодорожного поезда и здесь обращают внимание на ряд поучительных явлений. В вагоне заставляют подбрасывать в воздух и ловить предметы, следить за движением их с точки зрения наблюдателя, сидящего в вагоне, и наблюдателя, стоящего на полотне железной дороги.

Наблюдатель, сидящий в вагоне равномерно идущего поезда, легко убеждается, что предметы, выскальзывающие из рук пассажира, падают на пол по прямой линии, отвесно; что места, куда падают предметы, не зависят от того, движется вагон или спокойно стоит на станции. Предмет, начавший свое падение, «нацелившись» на пол в середину купе, достигнет пола, не сбиваясь с отвесного пути. Движение поезда на путь тела не влияет: предмет не оказывается ближе к дивану, несмотря даже на большую скорость поезда.

Наблюдатель - стрелочник, стоящий у полотна железной дороги, - ясно видит, что книга выскользнула из рук пассажира в тот момент, когда наблюдатель стоял прямо против пассажира, а книга стукнулась об пол, когда поезд проехал несколько влево. Или, начертив траекторию предмета, стрелочник получает ее в виде кривой. Эту кривую можно жирной линией нанести на рисунке рядом с первой - она «тоже» траектория тела. Мы видим у одного тела «две траектории», два пути, они мало похожи один на другой. Можно задать вопрос: какая же из этих траекторий, какой же путь из этих двух является «истинным»?

«Истинную траекторию нарисовал стрелочник», - так сказали бы несколько веков назад, когда не знали о движении Земли. Если теперь поставить «стрелочника» на земной орбите, он нарисовал бы третью траекторию, не похожую на две первых; но, учитывая движение солнечной системы относительно звезд, мы получили бы четвертую траекторию и т. д.

Какая же траектория истинная?

Мы здесь снова встречаемся с ложной проблемой, с неточно поставленным вопросом. В вопросе обязательно надо добавить: «с точки зрения такого-то наблюдателя, с точки зрения такой-то системы координат (поезда, полотна дороги)», как часто говорят физики. «Точка зрения» здесь, конечно, образное выражение: у системы координат нет точки зрения. Речь идет о траектории, которую тело чертит в купе поезда или на пленке киноаппарата, установленного на полотне дороги.

Как прямая, так и парабола могут быть зарегистрированы кинопленкой объективно. Прямая и парабола представляют собой в этом смысле реальность, но в данной конкретной системе они исключают друг друга.

Аналогично этому вопрос: «Имеется ли у данной микро-частицы определенное значение координаты, можно ли считать, что данная частица «собрана» в какой-то определенной малой части пространства?» - оказывается с точки зрения квантовой теории неточно поставленным. Что значит «данная» частица? Каким образом она вам дана? Каким аппаратом вы установили ее существование? В какой связи вы говорите о «данном объекте» микро-мира как о частице? Если вы установили ее существование аппаратом «энергетического класса», то к объекту, «данному» таким образом, неприменимо понятие определенной локализации. Наоборот, микро-объект имеет смысл точно локализованной классической частицы, если он «дан» вместе с аппаратурой пространственно-временного класса.

Как траектории тела имеют смысл не сами по себе, а в связи с данной системой (поезд, полотно), так и старые классические дополнительные понятия импульса и координаты частицы могут характеризовать новый для нас объект микро-мира, но лишь в связи с аппаратурой того или иного класса и взаимно исключающим образом.

Как различные траектории одной и той же частицы, параболу и прямую, нельзя понимать сосуществующими в данной системе координат, так и точные понятия импульса и координаты классической частицы в применении к микро-частице нельзя представить сосуществующими в данном опыте. И это объективно. Нельзя смотреть на квантовую механику как испорченную «нашим незнанием» механику классическую. Незнание само по себе - неточное наблюдение части величин, в классической механике никак не может служить источником знания огромного количества новых фактов, даваемого квантовой теорией, и объяснением старых, которые не могла объяснить теория классическая.

Педагогически нелегко передать точно эту особую черту дополнительности в квантовой теории. Трудности заключаются в том, что перед нашим «умственным взором» все время маячит наглядный образ классической частицы; что в квантовой теории мы употребляем тот же термин - «частица», - в то время как здесь от старой «доброй» классической частицы осталась «половина»; правда, «по выбору» либо энергетическая либо пространственно-временная. Существенно при этом, что в применении к объекту микро-мира понятия классической «получастицы» определяющую роль играет класс измерений, вообще говоря, приготовляющий данное состояние.

Для дальнейшего необычайно важно иметь в виду, что понятия импульса и координаты, экспериментальный смысл этих понятий - импульса самого по себе, координаты самой по себе («измерьте») - в квантовой области имеют такой же смысл, как и в классической. Важно иметь в виду, ясно это представлять, что мы в квантовой теории, несмотря на ее удивительные особенности, подходим к микро-миру с классическими понятиями, макроскопическими представлениями.

В классической физике основные, фундаментальные понятия - это понятия импульса и координаты, энергии и времени. Эти понятия получены нами в нашей макроскопической деятельности; они, во всяком случае, характерны для макро-мира. Могло случиться, что, изучая микро-мир, мы нашли вместо физических понятий импульса и координаты принципиально новые физические понятия, адекватные микро-миру, но этого не случилось. Мы идем в микро-мир с макроскопическими представлениями, несмотря на то, что классическая теория не может сама по себе объяснить тех новых закономерностей, с которыми мы имеем дело в атомной физике.

То новое, чем характеризуется атомный мир, - оно не дается заменой фундаментальных понятий импульса или координаты классической физики какими-то новыми фундаментальными понятиями. Новое отображается новым, взаимно исключающим применение этих же старых понятий к объекту микро-мира. Может быть, самое удивительное в новой теории - это то, что многое, и, надо сказать, очень многое, достигается не введением новых понятий, а взаимным ограничением старых.

Все сказанное выше ни в какой мере не означает, что в микро-мире нет ничего нового. Наоборот, в физике микро-мира удивительно много нового, своеобразного, и это новое, своеобразное отображается новыми же понятиями, но эти новые понятия микро-мира таковы, что они строятся буквально «на обломках» старых понятий классической механики.

Может возникнуть вопрос: почему при анализе микро-мира, создавая теорию явления микро-мира, мы должны такую существенную роль отводить макроскопическому прибору и в связи с этим макроскопическим понятиям вообще? На этот вопрос можно ответить коротко: потому что речь идет о познании макроскопической деятельности человека. Вот почему мы в своем анализе принципиальных вопросов современной физики решили исходить из трактовки познания микро-мира как макроскопической человеческой деятельности. Только таким анализом можно получить ясное представление о своеобразном характере теоретико-познавательных проблем при нашем научном проникновении в микро-мир.

Познающий субъект как макроскопический прибор

Анализируя организм человека в его деятельности как «физический прибор», мы констатируем, что перед нами прибор в основном макроскопический. Все органы чувств человека возникли и развились в процессе практической деятельности его, в длительной борьбе за существование именно в макро-мире. Его непосредственное взаимодействие с окружающими его физическими предметами - макроскопическое взаимодействие. Непосредственная деятельность человека как «узко физического прибора» протекает в макро-мире.

Динамические понятия классической механики, такие, как сила, работа, энергия, с одной стороны очень «человечны»: они как бы вносят в природу антропоморфный элемент, но, с другой стороны, эти понятия получили вполне объективное содержание. Сила выражается через такие объективные категории, как инертная масса и ускорение, энергия, понимается так же, как вполне объективная характеристика движения. Такая возможность объективного подхода к когда-то неопределенным мускульным, во многом очень субъективным ощущениям заключается в том, что человеческий организм во взаимодействии с природой выступает сам как объект классической механики. И обратно, отсюда, конечно, совершенно не случайно развились именно такие органы чувств, которые дают непосредственную возможность ориентироваться в природе в пространственно-временном и энергетическом отношениях. Пространственно-временные и энергетические отношения полностью характеризуют поведение материи в области применимости механики Ньютона, в сфере непосредственной деятельности человека.

Законы классической механики нам потому «близки», а механическое мировоззрение кажется часто наиболее «простым», что наши органы чувств приспособились к непосредственному восприятию этого мира явлений. Они образовались в историческом развитии нашего организма в макро-мире. В развитии нашего организма не было «жизненной» необходимости для органов чувств «выйти», во всяком случае, далеко за рамки ощущения макро-мира.

Рассматривая человека как физический прибор, мы приходим к выводу, что этот прибор непосредственно «регистрирует» главным образом взаимодействие с макро-миром. В силу всяких причин мыслящее существо физически, как орудие исследования, представляет собой макроскопический прибор. Но, с другой стороны, объективный мир и наше знание объективного мира не ограничиваются макро-явлениями.

Рассматривая различные формы движения материи, можно представить себе такую последовательность:

...микро-мир - макро-мир - Вселенная.

Микро-мир - мир «элементарных» частиц, ядра, атома.

Макро-мир - мир окружающих нас тел, область применения классической физики.

Наконец, Вселенная - как ультра-макро-мир.

(Многоточие поставлено осторожности ради, «на всякий случай»...)

Отвлекаясь в область ненаучных фантазий, можно себе представить, что чувствующая и мыслящая материя проявляется в какой-то другой форме, не в форме макроскопического существа. Естественно полагать, что органы чувств такого «индивида», «биологическое» существование которого связано, например, с атомным миром, давали бы «непосредственные сведения» о явлениях микро-мира. Его мировоззрение на первых порах было бы «электромагнитным», а законы макро-мира и весь мир макро-явлений казались бы ему, может быть, не менее далекими и странными, чем нам закономерности микро-мира. Он понимал бы их, лишь делая насилие над своими наглядными представлениями.

Внутриядерное «существо», к зависти современных физиков, было бы буквально «как у себя дома» в вопросах ядерных сил... «Наглядные», «модельные» представления этих «физиков» были бы атомные и ядерные. Атомное и ядерное бытие их наложило бы свой отпечаток на определение физических понятий и, вероятно, на характер самой математики. Во всяком случае, они не построили бы квантовую теорию, т.е. такую теорию, однозначное толкование понятий которой относилось бы «к предсказанию результатов, получаемых при помощи данной установки, описываемой чисто классическим образом».

В дальнейшем мы рассмотрим, может быть, несколько более реальную ситуацию, чем возникновение мыслящей материи в микро-мире. Но сейчас для нас эти примеры имели чисто педагогическое значение: еще раз фиксировать внимание на «земном», человеческом характере квантовой теории, ее понятий.

Возникает вопрос: как познающее существо - человек, органы чувств которого приспособлены главным образом к действиям в макро-мире способен к познанию микро-мира? Как человек - грубый макроскопический прибор - оказался в конце концов пригодным для «регистрации» явлений микро-мира?

На этот вопрос легко удовлетвориться до тривиальности «простым» ответом: человек строит себе более «тонкие» приборы, с помощью которых и изучается микро-мир.

Это истина. Но у каждой истины есть много сторон. Нас интересуют три стороны такого рода знания о микро-мире, знания с помощью «тонкого» прибора: что в этом знании -

От природы,

                        От прибора,

                                   От человека.

Физический прибор

Рассмотрим внимательно роль физических приборов при изучении микро-мира в особенности и вообще объектов, непосредственно не воспринимаемых нашими органами чувств: электростатическое поле как таковое и т. д.

Система наших органов чувств - довольно грубый физический прибор. Груз не на много меньше грамма рука уже не чувствует, нить не на много тоньше волоса глаз уже не видит.

Но человек узнал размеры атома, взвесил электрон. Это прибор, физический прибор, исправил «недостатки» человеческого организма, расширил и дополнил его возможности.

Существенно, что прибор не всегда просто «обостряет» или механически «продолжает» наши органы чувств: он часто посредник в особом ранге между нами и явлением.

Электростатическое поле, например, наши органы чувств непосредственно не воспринимают: электрическое поле действует на электрический заряд, связанный с каким-либо телом (массой), «тащит» за собой это тело в направлении действующей электрической силы. Вот это чисто механическое явление воспринимают наши органы чувств.

Совсем другое мы имеем в случае микроскопа, когда с помощью его рассматриваем микро-организмы. Здесь микроскоп сам по себе «несущественен»: глаз «позорче» увидел бы те же самые подробности. Здесь вся видимая картина во всех деталях может быть описана без всякого упоминания о микроскопе.

Другое дело, когда наблюдается явление, которое само по себе не действует на наши органы чувств. В этом случае принципиально нельзя описать сущность явления, не упоминая о приборе. Прибор входит в само определение явления. Например, в само понятие электрического поля входит упоминание о пробном заряде: «напряженность электрического поля есть сила, действующая на единицу пробного заряда...»

Прибор должен быть таким, чтобы показания его могли быть доступны нашим органам чувств, т.е. показания его должны иметь пространственно-временной или энергетический характер. Прибор обнаруживает явление - это значит, что явление «как-то действует» на прибор. Прибор «показывает» - это значит, что под влиянием явления в приборе «что-то меняется», заметное для наших органов чувств. Меняется его состояние как состояние макроскопической системы. Это значит, что прибор в конце концов должен быть объектом классической механики. Требование макроскопичности прибора идет «от человека». Оно обязано его макроскопическому положению в природе.

Если закономерности наблюдаемого явления в принципе не отличаются от макроскопических закономерностей, которым подчиняются прибор и человек, то роль прибора сводится в конце концов к простому, механическому продолжению наших органов чувств. В этом случае прибор не существенен для трактовки самого явления - от него можно отвлечься.

Если наблюдаемый мир явлений принципиально отличен от мира макроскопического (микро-мир) или мира механических явлений (мир электромагнитный), то создается особая ситуация, достойная самого пристального внимания.

Особая ситуация заключается в том, что каковы бы ни были особенности рассматриваемого мира или явления, но если макроскопический прибор регистрирует это явление, прибор обязательно «рассказывает» о нем на своем макроскопическом языке, в терминах пространственно-временных или энергетических или и то и другое вместе, т. е. в терминах классической механики.

Если речь идет о микро-мире, то можно сказать, что прибор дает макроскопическое отражение закономерностей микро-мира. Если речь идет об электромагнитных явлениях, то прибор (пробное тело) дает механическое макроскопическое отражение закономерностей явлений электромагнитных.

Макроскопический прибор «наблюдает» микро-мир, но «разговаривает» он только на языке, на котором умеет, - на макроскопическом языке. Если угодно, он играет роль переводчика. Иногда «запинается», дает бессмысленную фразу и делает примечание: «непереводимая игра слов». Но если «переводчик» как следует поработает «над текстом», то и здесь он всегда находит на своем языке широкие возможности смыслового перевода.

В макроскопических понятиях, на механическом, макроскопическом языке прибор выражает не только сходство, но и глубокое отличие этих особых закономерностей от закономерностей классической механики.

Это специфическое отличие выражается своеобразной комбинацией макроскопических свойств; таких комбинаций, которые не встречаются в макро-мире механических закономерностей (частица обладает определенным импульсом, неопределенной координатой, комбинация волновых и корпускулярных свойств. Каждое из этих понятий в отдельности имеет строгий макроскопический смысл, но простая механическая комбинация их макроскопически противоестественна). В этом смысле макроскопический характер нашего физического познания не меняется наличием «тонкого» прибора, прибор не меняет макроскопического «языка» нашего познания. Это закономерно, ибо этот «язык» только и понятен макроскопическому существу: макроскопическое существо - человек - пока не знает никакой другой формы познавательной деятельности, кроме макроскопической. В своей макроскопической деятельности он познает также микро-мир.

Совершенно параллельно разделению явлений на класс, непосредственно воспринимаемый нашими органами чувств, хотя бы принципиально, и на класс явлений, воспринимаемых нами через отражение в макроскопическом приборе, разделяются наши представления о явлениях на наглядные и не наглядные, на «модельные» и «не модельные».

«Модельные» и «немодельные» представления

Крупнейшие физики прошлых столетий утверждали, что они не понимают явления до тех пор, пока не построят его модель. Утверждение это совсем не связано с индивидуальными особенностями научного творчества ученого: оно представляет собой резюме научного мировоззрения целой эпохи.

Успехи классической механики давали надежду понять все явления природы как явления механики, понять все физические явления через механические движения более или менее сложных комбинаций простых частиц.

Даже живое существо, живой организм упрощенно трактовался как сложная машина. «Человек - машина», - писали энтузиасты этой концепции.

В таком последовательно-механическом мире модель явления только количественно, только размерами отлична от самого явления. «Конструкция» явления и модели содержит в конечном счете один и тот же материал - простые частицы или непрерывную среду. Построить модель явления и понять явление - здесь почти синонимы.

В старой классической модели атома водорода его ядро представлялось в виде относительно тяжелого положительно заряженного шара - электрон ассоциировался с более легким шариком, несущим заряд другого знака. Все элементы этой модели атома «весомы», «зримы», они «построены» из материал вещей, которые нас непосредственно окружают, они нам «близки», понятны, эти твердые заряженные шары... Говорили: «Конечно, в действительности атом несколько меньше, намного меньше, но это различие чисто количественное».

Но не по этому пути, как мы знаем, пошло дальнейшее развитие физики. Открылись целые новые миры явлений, для которых нельзя построить наглядных моделей. Рассказать о том, как произошла «катастрофа» модельных представлений, - это значит изложить историю новой физики. «Катастрофа» модельных представлений связана с научным проникновением в мир электромагнитных явлений, с открытием электромагнитной природы материи, со многими новыми понятиями, которые в конце концов формируются в физическое воззрение теории относительности, а затем квантовой теории.

Наши органы чувств не доставляют нам непосредственных сведений о природе электромагнитного поля. В этой цепочке: электромагнитное поле - пробный заряд - органы чувств - звено «пробный заряд - органы чувств» носит характер механического взаимодействия. Было естественно на первых порах считать и природу электромагнитного воздействия (звено «электромагнитное поле - пробный заряд») тоже механическим. (Этим мы имеем в виду лишь сказать, что движение пробного заряженного тела под действием электромагнитного поля предстает перед нами само по себе как механическое. Действие электромагнитного поля проявляется посредством механического движения пробного тела.) Такое представление было вполне закономерно и исторически неизбежно, так как наши органы чувств «не знают» никаких взаимодействий кроме механических, которые давали бы ощущение усилия, силы. Мы знаем, как надо завить стальную проволоку в пружину, чтобы она тянула предмет, но «что» надо «завить» в окружающем пространстве, чтобы «оно» тянуло кусок железа, заряженное тело? Естественно, что эта мысль волновала физиков с самого начала развития учения об электромагнетизме. Она привлекала к идее особой гипотетической среды, предполагаемой арене электромагнитных явлений - эфира. В течение многих десятилетий с большой настойчивостью работали физики над созданием теории механического эфира. Физики стремились выяснить, какими механическими свойствами должна обладать среда, чтобы в ней были возможны специфические действия на электрически заряженные и магнитные тела. Или, говоря иначе, стремились построить механическую модель электромагнитных явлений. Упорная неудача преследовала эти поиски.

По мере накопления фактов среде этой приходилось приписывать все новые и новые свойства. Сами по себе эти свойства, взятые в отдельности, не представляли собой ничего нового: это те же хорошо известные нам из механики свойства твердости, упругости и т. д. Но неудача заключалась в том, что подчас требовалась для толкования того или иного явления самая чудовищная и, по сути дела, взаимоисключающая комбинация этих свойств. А главное, все модели неизменно «отказывали в работе», как только переходили к исследованию электромагнитных явлений с точки зрения систем, двигающихся с различными скоростями.

Наконец физики признали свое «поражение» в попытках построить механическую модель эфира. Это «поражение» было величайшей победой в более глубоком смысле. Ибо оказалось раскрытым существование принципиально новой реальности - электромагнитного поля. Несмотря на то, что мы не можем построить наглядную непротиворечивую модель этой реальности, мы ее можем описывать и описывать в понятиях классической механики в терминах импульсов и координат, как механическую систему с бесконечным числом степеней свободы, - здесь не случайно глубокое методологическое сходство с соответствующей ситуацией квантовой теории, ибо как явления электромагнитного поля, так и микро-явления переводятся на показания прибора («пробного тела» в первом случае и соответствующего макроскопического прибора во втором), который подчиняется классической механике.

Было бы большой исторической несправедливостью отрицать значение модельных представлений в развитии физики. Они и до сих пор продолжают играть огромную эвристическую роль. Когда мы говорим об отказе от модельных представлений, об отказе от поисков для мира немеханических явлений - механических моделей, то речь идет, конечно, о таких механических моделях, которые исчерпывали бы до конца всю сущность явления. Такое последовательно механическое мировоззрение ушло в прошлое безвозвратно. Но вместе с тем в некотором ограниченном и в известной мере более абстрактном смысле современная физика также модельна, ибо явления в самых разнообразных областях часто обнаруживают разительное сходство.

С точки зрения модельных представлений содержание теории - это описание модели. Какой же смысл, каково же содержание новой теории, которая, как утверждается, не связывает себя модельными представлениями?

Иногда говорят, что на смену модельным представлениям пришло математическое описание. Известен афоризм одного физика: «Теория Максвелла - это уравнения Максвелла». «Волновая механика Шредингера - это уравнение Шредингера» - можно услышать новое издание этого афоризма. Но с таким же успехом можно сказать, что механика Ньютона - это уравнение Ньютона, и любая область знания, не чуждая математическому описанию, не была бы здесь исключением.

«Математическое описание» вместо модельного - это ответ несколько не по существу вопроса. Конечно, математика играет в современной физике исключительную роль, но тем не менее математика была и остается для физика только инструментом, потому не в математическом описании вместо модельного заключается то новое, что отличает современную физику от физики классической.

Объектом математического описания является физический образ, и существенное различие новой и старой физики не в математическом описании, а в различии самих физических образов.

Но всякий физический образ приблизительно соответствует объективной реальности: он - ее отражение в науке сегодняшнего дня, если угодно, - ее «модель». В этом смысле новая физика столь же модельна, что и физика старая.

Но модель новой физики отличается от моделей физики классической тем, что она «не наглядна». Более того, с точки зрения «наглядности» она часто противоречива. При построении «моделей» новой физики используются «материалы», которые браковались бы старыми «моделистами».

Не повторяя уже известных нам примеров, мы сошлемся на теорию электрона, во многих отношениях широко апробированную опытом двух последних десятилетий (речь идет о теории Дирака). Возможно, что в дальнейшем пример окажется не очень удачным, т. е. не исключено, что сама теория Дирака претерпит изменение именно в этом вопросе, но мы будем рассматривать его как повод для утверждений, имеющих более общий смысл.

В теории Дирака электрон точечный, но тот же электрон обладает по абсолютной величине определенным спином (вращением - моментом количества движения). С точки зрения классических понятий момент количества движения и вращение вокруг собственной оси вообще имеют смысл только для тела, обладающего некоторыми размерами. Здесь же берется одно свойство, которое имеет смысл для тела, имеющего принципиально не точечную, пространственную форму, и относится оно к объекту, который по своему пространственному смыслу (точечный объект) не мог бы им обладать.

Физик говорит осторожно: электрон - это не просто уменьшенный булыжник, это - «нечто», что в некоторых условиях ведет себя как заряженная точка, а, с другой стороны, в некоторых случаях ведет себя так, как шарик малых размеров, вращающийся с некоторой скоростью вокруг своей оси.

Физик, ищущий наглядных представлений, стал бы придумывать хитроумные, непротиворечивые модели, стараясь «изловчиться» построить нечто такое странное.

Современный физик, умудренный богатым опытом, стал «терпимее», осторожнее, он говорит, что его эти обстоятельства в общем перестали смущать. Он рассуждает примерно так.

Микро-мир, как показывает опыт, существенно отличен от макро-мира, и в некоторых случаях я неизбежно должен столкнуться с непривычными с точки зрения макро-мира вещами. Иначе микро-мир не был бы отличен от макро-мира. Строго говоря, я мог только сказать, что одна группа свойств данного явления из микро-мира очень напоминает «вот такие» свойства макроскопических объектов, а в то же время другая группа свойств имеет большое сходство с совсем другой группой макроскопических свойств. При этом иногда я констатирую, что обе эти группы макроскопических свойств совместно у одного и того же макроскопического объекта никогда не встречаются и по своему макроскопическому смыслу несовместимы.

Представления новой физики в известном смысле так же модельны, как и представления физики классической. Но модель классической физики, в сущности, не отличается от самого явления: она «работающая модель». Модель новой физики носит более «иллюстративный» характер. Она «выполнена», построена из «другого материала», чем само явление: из макроскопического материала. Модель эта в целом - «неработающая» модель.

Хороший художник составит портрет или пейзаж из разноцветных камешков. Демонстрировался как-то неплохой портрет, выполненный из деталей одного производства. О модели в новой физике можно условно сказать, что она портрет объекта микро-мира, выполненный из макроскопических деталей.

В известном смысле модель новой физики более «модельна», чем модель физики классической. Но эти же модельные представления, которые дают ориентацию в современной физике, часто служат источником заблуждения, что случается всякий раз, когда макроскопическая модель «применяется» вне границ ее применимости. Мы часто обращаемся с микро-миром слишком по-«макроскопически». Его наглядные представления в нашей голове слишком «омакроскопичены». Мы часто «входим» в микро-мир с макроскопической невежливостью, «в пальто и калошах».

Роль математики

Конечно, физика становится все более и более математичной, но математика в ней играет некоторую новую, специфическую роль, роль, которая тесно связана с ненаглядностью физических образов новой физики. Одно и то же физическое явление в области микро-мира приходится часто, как мы знаем, рассматривать с точки зрения самых различных макроскопических аналогий.

Среди земной фауны нет такого чудища, как кентавр. Мы не можем составить живую «работающую» модель из человека и лошади, но художественное воображение смогло создать такой образ. Теперь нам надо принять как научный результат, что свойства реальности в микро-мире иногда описываются такими с «макроскопической точки зрения» чудищами («волны-частицы», «получастицы»). Существенно здесь, что мифические кентавры созданы свободным полетом фантазии - поэтическим творчеством народа; образы физических «кентавров» явились в великом прозаическом труде ученых[3].

Надо сказать, что каждый новый такой «кентавр» встречается в среде физиков с превеликим недоверием и в известном смысле «сам» завоевывает себе право на существование. Вначале он часто оказывается «практически» необходимым для истолкования физических явлений, а затем приводит к открытию целого ряда новых экспериментальных фактов и органически входит в систему понятий новой теории.

Если поэтический гений древних для описания кентавров создал литературную форму мифа, то современная физика для описания физических «кентавров» нашла богатые и пока единственные возможности в математике, в математическом описании с помощью так называемых математических уравнений. Математическое описание не стеснено ненаглядностью комбинации свойств, с помощью которых удается характеризовать тот или иной объект микро-мира. Здесь важно, чтобы математически свойства эти были правильно «записаны», правильно выражены в математических понятиях.

Если найдена адэкватная физическим идеям математическая форма, то дальше математический аппарат в общем действует «автоматически», автоматически получаются все следствия, которые вытекают из данных представлений о предмете обсуждения, положенных в основу наших математических уравнений.

Но главное, математический аппарат, адекватный физическим идеям, предохраняет от применения макроскопических аналогий там, где они уже теряют свой смысл, т. е. от ошибки наглядных представлений, о которых неоднократно речь шла выше. Очень существенно, что этот же аппарат автоматически дает количественную «оценку» критерия применимости того или иного макроскопического понятия.

Иногда математика приводит к таким выводам, которые «здравому смыслу» кажутся абсурдными; кажется, что эти выводы противоречат даже физическим представлениям, лежащим в основе математических уравнений. Но всегда, если «соблюдены правила игры», т. е. если не сделано математических ошибок, математика оказывается правой, оказывается «умнее», как в таких случаях, не переставая удивляться, с уважением говорят физики.

Любопытно, что при дальнейшем изучении вопроса физики настолько осваиваются с этими, казалось вначале, абсурдными результатами, что начинают считать их «само собой понятными и без всякой математики, если хорошенько подумать».

По мере дальнейшего проникновения в микро-мир изучаемые объекты отображаются все менее и менее наглядными образами, характеризуются все более и более разнообразными, и, с точки зрения макроскопической, часто более противоречивой комбинацией свойств, увеличивается «кентаврообразность» представления, и математика становится все более и более необходимым инструментом физики. Не удивительно, что роль математики в современной физике непрерывно возрастает, ее аппарат совершенствуется и разнообразится, а язык ее становится очень своеобразным и сложным.

Перед нами книга по теоретической физике. Но «вход сюда нематематику воспрещен» - здесь эта надпись более уместна, чем в древней Академии Платона.

Узор математических знаков производит удручающее впечатление на неспециалиста и является непреодолимым барьером между современной физикой и широкой аудиторией.

За последние десятилетия все чаще и чаще встречается своеобразное, чисто математическое творчество в физике. Физик-теоретик часто, исходя из каких-то более или менее убедительных соображений, «предлагает» свои уравнения для описания целой совокупности физических явлений, как «творец» создает воображаемый мир физических явлений. Часто эти предложения не выдерживают серьезных испытаний экспериментом, но иногда они оказываются неожиданно удачными, и тогда производят неизгладимое впечатление на современников.

Какой-то служитель храма Посейдона, как передает легенда, любил показывать дары, приносимые богу Посейдону от терпевших кораблекрушение и обещавших богу эти дары за свое спасение. Он говорил: «Смотрите: они обещали эти дары - и были спасены». Один посетитель обратился с вопросом: «Покажите мне дары тех, которые обещали за свои спасения, но не были спасены».

Такие «физические» дары можно видеть во многих толстых специальных журналах. Они наполняют их в виде не оправдавших себя теорий. Проводник по «храму науки будущего» не укажет имена авторов их, они погибли для потомства вместе с крушением идей и надежд, породивших эти работы. Если иметь в виду легион этих неизвестных имен, то редкие удачи перестанут быть удивительными.

Надо заметить, что наша характеристика «удачи» носит очень внешний и поверхностный характер. Крупная «научная удача», если ее анализировать детально, оказывается далеко не случайной. После внимательного рассмотрения случайность удачи начинает выглядеть как историческая необходимость, подготовленная всем предыдущим развитием науки.

Есть область, где метод «математического творчества» имеет особенно существенное эвристическое значение. Это область очень общих законов природы, теории элементарных частиц и пр. Здесь некоторые добавочные условия, добавочные требования, появившиеся в результате фундаментальных открытий новой физики, необычайно уменьшают произвол математического творчества. К числу таких добавочных требований, причем одно из главных, относится требование неизменности формулировки закона для движущегося и покоящегося наблюдателя: закон не должен зависеть от точки зрения наблюдателя, он выражает объективное в природе. Число этих требований небольшое, но они в некоторых случаях так ограничивают математический произвол, что всякий вновь найденный математический аппарат теории, новая теория, благоприятно прошедшая через испытания этих требований, достойна, как показывает развитие физики последних десятилетий, по крайней мере внимания.

*     *     *

Предельно концентрируя наше внимание на очень узком вопросе, мы ограничились беглыми замечаниями о роли математики в современной физике, хотя эта тема заслуживает самого детального исследования.

В математике нашли отображения в абстрактно-логической форме очень общие соотношения объективного мира. Эта абстрактно-логическая форма содержит такой богатый «концентрат» различных возможностей, что возможность чисто логических исследований и богатство различных вариантов (в чисто математическом аспекте) гипнотизирующее действуют на самого математика в такой мере, что он часто только собственное «я» считает источником этого богатства. Это «головокружение» от великого успеха абстрактно-логической формы отображения объективного мира широко эксплоатируется идеалистической философией.

Роль и место математики в современной физике еще ждут своего исчерпывающего анализа.

Макроскопическая форма нашего знания

Иногда высказывают суждения, что квантовые представления кажутся нам очень своеобразными лишь «с непривычки», что когда физики после долгой «тренировки» привыкают к ним, они начинают мыслить квантово-механическими образами легко и непринужденно. Так же легко и непринужденно тогда представляется мир в квантово-механических понятиях, как некогда он представлялся в понятиях классических.

Здесь о так называемой «привычке» уместно передать мудрый рассказ одного московского профессора.

К профессору пришел студент сдавать зачет по интегральному исчислению. Студент бойко брал трудные интегралы. Но перед тем, как поставить в зачетной книжке студента высшую отметку, профессор решил почему-то задать вопрос о самом понятии интеграла. К своему удивлению, профессор не получил правильного ответа. Еще более тяжелым оказался случай с определением дифференциала. Студент явно и безнадежно «плавал».

«Как же это можно, - недоумевал профессор, - вы прекрасно интегрируете и дифференцируете, но не имеете понятия о том, что такое интеграл и дифференциал? Как это можно?»

«Профессор, - ответил расстроенный студент, - все дело в том, что мы вначале не понимаем, а потом привыкаем».

Если исключить этот тривиальный, но довольно распространенный случай «привычки», то от всей «концепции привычки» остается не так уж много. Правда, остается одна существенная, но все-таки частная деталь: если физик, работавший долгое время над квантовыми проблемами, обращается к задачам классической механики, то квантово-механические аналогии иногда помогают ему в решении классических проблем.

На научных семинарах при обсуждении научных докладов очень часто возникают такие ситуации, когда неясное место в каком-либо классическом вопросе вдруг кем-либо иллюстрируется на хорошо знакомом квантовом примере - и вопрос становится вполне «прозрачным». Такое разъяснение недоумения всегда вызывает характерную улыбку у участников семинара. В этой улыбке сквозит не только обычное удовлетворение наступившей ясностью, но и специфическое отношение к тому пути, на котором достигнута эта ясность.

Эти примеры могут породить и порождают иллюзии того, что макроскопический характер нашего знания - это вопрос сложившейся случайной привычки, что для нашего сознания безразлично, «с чего начать» при изучении природы - с классических или квантовых представлений. Но здесь уже дело идет о простой ошибке. Иллюзия какого-то чисто квантового подхода создается лишь «короткой памятью» физика, забывшего, что именно на макроскопических «материалах», аналогиях в известной мере построена сама квантовая теория. Нетрудно понять, что во всех этих примерах макроскопические аналогии лишь «возвращаются» обратно в макроскопику.

«От человека», от его макроскопического положения в природе этот особый макроскопический язык нашего знания вообще и микро-мира в частности. В чем же заключается объективная возможность выражать наше знание микро-мира в своеобразной, «кентаврообразной», но, в сущности, в макроскопической форме? Объективная возможность выражать наше знание микро-мира в макроскопических терминах заключается в объективной возможности «перевести» явление микро-мира на «показания» макро-прибора.

В камере Вильсона мы видим освещенную цепочку капелек. Это чисто макроскопический объект. Но это - в то же время свидетельство движения элементарной частицы и ее взаимодействия с атомами газа, наполняющего камеру. В частности можно видеть фотографии, где эта же макроскопическая цепочка капелек дает нам сведение о таком интересном явлении микро-мира, как рождение электрона и позитрона световым квантом вблизи атомных ядер. Перед нами опять своеобразная «проекция» явления микро-мира на макро-мир.

Эта возможность макроскопического наблюдения микро-мира определяется тем, что микро- и макро-мир не разделены непроходимой пропастью, что между микро- и макро-миром устанавливается связь, взаимодействие. Это взаимодействие в каждом конкретном случае приводит к тому, что меняется в конце концов макроскопическое состояние какой-то системы (прибора). В этом заложена объективная возможность истолковывать в терминах классической механики каждый данный случай взаимодействия с микро-миром. Всегда возможна мысленная замена (подстановка) микро-фактора, действующего на макро-прибор, «классическим» фактором, приводящим к такому же изменению состояния прибора как объекта классической механики. Этим же определяется возможность и в известном смысле необходимость истолкования законов микро-мира в терминах классической механики.

Ту же мысль можно передать наглядной схемой, которую легче описать словами, чем нарисовать. Макроскопический прибор «В» регистрирует какое-то явление микро-мира, он дает его макроскопическую «проекцию». От явления микро-мира (будем называть его явление «А») к его макроскопической проекции идут точки; это значит, что данный макроскопический аппарат не дает «подробного» анализа описания самого микро-явления, всех его сторон, он регистрирует лишь его данную макроскопическую «проекцию».

Макроскопический наблюдатель по макроскопической проекции начинает воссоздавать объект «А». В его распоряжении имеется только макроскопический материал. Это элементарные понятия, найденные, открытые им при исследовании макро-мира, - понятие волны, понятие частицы, координаты, скорости, вращения и т. д. Их достаточно для описания каждого конкретного случая изменения, наступающего в приборе, подчиняющемся классической механике. В этом объективный залог успеха описания явления «А» в терминах классической механики. Правда, наблюдатель не может из классического материала построить непротиворечивую модель того или иного фактического явления в микро-мире, но может со всякими оговорками в макроскопических терминах («кентаврообразной» комбинации классических понятий) исчерпывающе рассказать о свойствах объекта «А», влияющих именно таким образом на прибор «В».

В этом аспекте квантовая теория представляет собой именно такую теорию, которая дает толкование, предсказание результатов наблюдения явлений микро-мира с помощью «экспериментальной установки, описываемой чисто классическим образом».

Конечно, по существу своему квантовая теория является теорией микро-мира, она возникла при нашем проникновении в микро-мир, ее предметом являются объекты микро-мира и его закономерности, но «язык» и внешняя форма теории макроскопичны, «классичны».

Кстати, употребляемый нами термин «проекция» микро-мира на макро-мир может повести к известному недоразумению, если считать, что с помощью макроскопических проекций мы получаем не исчерпывающее знание мира, а лишь знание какой-то одной из его сторон. Используя термин «проекция» мы действительно имели в виду, что в каждом данном опыте мы получаем не исчерпывающее знание свойств микро-объекта, а только данную его макроскопическую проекцию. Всё же свойства микро-объекта исчерпываются всей совокупностью возможных макроскопических опытов, реализующих всевозможные случаи взаимодействия микро-объекта с различными макро-приборами. Исчерпывающее знание микро-объекта дается всеми его макроскопическими проекциями, как пространственный образ исчерпывается его тремя проекциями... Конечно, эта аналогия поверхностна, она не отражает, например, взаимно исключающий характер некоторых «проекций».

Замечание о термине «проекция» имеет своей целью предостеречь от очень распространенной, но неправильной оценки роли макро-прибора, когда макро-прибор, исследующий микро-мир, из орудия познания микро-мира превращают в непреодолимую преграду на пути этого познания.

Излюбленный прием идеалистической философии - давать вещам толкование, диаметрально противоположное их реальному содержанию, и любоваться этим извращением как рафинированной тонкостью мысли: то ощущения, посредством которых внешний мир становится достоянием нашего сознания, начинают истолковывать не как инструмент знания, а, наоборот, как источник заблуждения; то измерительный прибор, дающий точнейшие сведения о микро-мире, начинают рассматривать как некую преграду на пути познания микро-мира.

Макроскопический прибор не ограничивает нашего знания, а лишь придает ему макроскопическую форму.

Здесь для всего анализа вопроса существенна макроскопическая форма познания микро-мира, определяемая макроскопическим положением человека.

Квантовая механика не могла бы появиться у микро-существ, «населяющих» мир атомов и электронов; для них не было бы никакой ни необходимости, ни надобности смотреть на свой мир через макроскопический аппарат, подчиняющийся законам классической механики.

Макроскопическое положение человека, существенная роль макроскопического прибора придают некоторые новые черты как проблеме субъекта и объекта в физике, так и понятию физической реальности.

Деление на субъект и объект

В проблеме познания правильное разделение на субъект и объект очень существенно, и преувеличение субъективной стороны вопроса часто являлось источником заблуждений и приводило в лоно идеалистической философии.

До научного проникновения в микро-мир объективный мир представлялся как мир «однородный». Прибор наблюдения, физический прибор, не играл никакой принципиальной роли в процессе познания: прибор молчаливо считался простым продолжением наших органов чувств. Наше сознание и объективный мир связывало, в сущности, только одно звено - ощущение.

Научное проникновение в микро-мир принесло с собой в известном смысле деление объективного физического мира на макро- и микро-мир. Причем благодаря особенности познавательной деятельности человека этот микро-мир отражается в нашем сознании не непосредственно, а через макро-мир, через макроскопический прибор.

Если микро-мир был бы простой уменьшенной копией макро-мира, то «посредничество» прибора с теоретико-познавательной точки зрения совсем не было бы существенно. Постепенно выяснилось, однако, что закономерности микро-мира существенно отличны от закономерностей макро-мира. А судить о них приходится нашему сознанию через отражение их в макроскопических закономерностях. Поэтому отражение микро-мира в нашем сознании имеет две ступени: а) отражение этого мира в макро-мире, а затем в) отражение макро-мира в наших восприятиях и нашем сознании. Надо подчеркнуть, что первая ступень отражения весьма существенна и своеобразна. Прибор «чувствует» микро-мир и выражает его на макро-языке.

Очень часто встречается утверждение, что квантовая теория будто бы внесла кардинально новое в классическое деление на субъект и объект. Здесь не обошлось без некоторого смешения понятий. Поводом к этому недоразумению послужило именно это новое звено между объектом микро-мира и нашим сознанием, т. е. макроскопический прибор. Самое же недоразумение заключается в том, что это звено часто по произволу относят то к субъекту, то к объекту. Такое «маневрирование» прибором не всегда остается философски безнаказанным.

Как мы увидим ниже, квантовая теория не внесла ничего нового в самое «деление на субъект и объект» в его общем философском смысле, но она внесла существенно новое во взаимоотношение субъекта и объекта, раскрывая новое понятие физической реальности и макроскопическую форму нашего знания микро-мира.

Понятие физической реальности

Во избежание недоразумений необходимо с самого начала подчеркнуть, что в дальнейшем речь пойдет о понятии физической реальности как о некотором новом физическом понятии квантовой теории.

Под физической реальностью понимается та форма реальности, в которой реальность проявляется в макро-приборе.

Мы видим, таким образом, что это понятие физической реальности значительно уже того широкого определения объективной реальности, к которому мы привыкли в философии. Наша ближайшая задача - выяснить взаимоотношение этих понятий.

Согласно квантовой теории, однозначное определение понятия физической реальности включает в себя необходимым элементом указание на экспериментальную установку, с помощью которой получаются результаты, относящиеся к данной физической реальности. Само измерение, само наблюдение существенным образом отражаются на результатах наблюдения. В свое время мы подробно обсуждали эту своеобразную ситуацию с двумя взаимно исключающими классами измерений. Здесь нас интересует чисто теоретико-познавательная сторона вопроса, именно: что нового в философское понятие объективной реальности вносит квантовая теория? Некоторые авторы утверждают, что в этом фундаментальном вопросе квантовая теория делает существенный шаг от материализма, под знаменем которого развивалась классическая физика, к идеализму.

Но при ближайшем рассмотрении оказывается, что на самом деле авторы обсуждают неудачу метафизического материализма. И замечания их не имеют никакого отношения к диалектическому материализму.

«Однозначное определение понятия физической реальности включает в себя необходимым элементом указание на экспериментальную установку...»

Рассматривая экспериментальную установку как элемент объективного мира, мы с точки зрения теории познания (не с точки зрения узко физической) в определении понятия физической реальности квантовой теории не находим ничего нового. Конечно, с физической точки зрения сами реальности полны неклассического своеобразия. Физик теперь в смысле отношения к реальности различает случай, когда он измеряет координату электрона, от случая измерения импульса электрона. Так как характер изменения существенно входит в определение физической реальности, то реальность в первом случае отлична от реальности в случае втором: электрон в первом случае «не тот», что электрон в случае втором. Но как в первом, так и во втором случаях реальности существуют объективно, независимо от сознания самого физика. Поэтому и в квантовой области в практической деятельности физика не возникают новые гносеологические проблемы в трактовке понятия физической реальности.

Но можно задать вопрос: а если нет экспериментальной установки, то что же, нет и объективной реальности? Существует ли электрон, когда на него не смотрят? Существует ли объективный мир, когда его не наблюдают?

Если некоторые философские школы утверждали, что в мире нет ничего, кроме наших ощущений, «показаний наших органов чувств», то не пытается ли современная физика утверждать, что в мире нет ничего, кроме «показаний физических приборов»? Не значит ли это появления своеобразного «приборного идеализма» и попытку истолковать отсутствие прибора как отсутствие объективного мира?

Характерным признаком любой модификации материализма является признание существования объективной реальности независимо от нашего сознания, признание его объективного существования и до нашего опыта.

Спрашивается: не противоречит ли это утверждение существования объективного мира системе понятий квантовой теории?

Как мы уже подчеркивали, физик отличает случай измерения импульса электрона от случая измерения координаты. Электроны в первом и во втором случаях рассматриваются как различные физические реальности. Но физик вместе с тем ясно отличает эти два случая от случая третьего, когда электрона вообще нет, когда имеется в наличии экспериментальная установка для измерения координаты, имеется в работе экспериментальная установка, измеряющая импульс, но не удается измерить ни то, ни другое. Иначе говоря, для успешного проведения наблюдения координаты или другого опыта - наблюдения импульса - необходима общая для двух опытов объективная предпосылка существования, объективного существования «нечто» до опыта.

Такое общее понятие существования электрона имеется в квантовой теории наряду с более конкретным понятием физической реальности. Если электроны существуют в природе, то соответствующий интеграл, взятый по всему бесконечному пространству, равен единице; если электрона нет в наличии, то соответствующее выражение исчезает. Это - очень общее понятие существования, для которого не имеют значения тот или иной конкретный характер «состояния» электрона (т. е. волновая функция), характер той установки, с помощью которой получены конкретные сведения об электроне.

Математически последнее обстоятельство выражается тем, что в результате интегрирования получается число-единица, независимо от вида самой волновой функции, описывающей состояние.

Квантовая теория не только не противоречит признанию существования объективного мира до всякого опыта, но, как и классическая теория, предполагает его. То понятие существования, о котором речь шла выше, ничем не отличается от соответствующего классического понятия.

В каком же отношении находится это общее и абстрактное понятие существования к более конкретному понятию физической реальности квантовой теории?

С субъективной точки зрения, понятие физической реальности квантовой теории, как мы неоднократно подчеркивали, носит на себе печать макроскопической познавательной деятельности человека. Физическая реальность квантовой теории не дается простым созерцанием, она включает в себя момент активной человеческой деятельности, когда с помощью макро-прибора проектируется реальность микро-мира на макро-мир в сферу непосредственно познавательной деятельности макроскопического существа.

Понятие физической реальности квантовой теории в этом смысле «человечно», оно подчинено человеческой деятельности.

Это понятие физической реальности естественным образом не возникло бы у жителей микро-мира, ибо он существенным образом предполагает аппарат измерения, подчиненный макроскопическим законам классической механики.

Такое понятие физической реальности квантовой теории существенным образом связано с макроскопической формой нашего знания микро-мира. Это с точки зрение субъективной.

С объективной же точки зрения, физическая реальность квантовой теории есть, если можно так сказать, макроскопическая форма проявления реальности микро-мира, она является макроскопической формой отражения микро-мира. В этой форме микро-закономерность, микро-мир делаются непосредственно доступными человеку как макроскопическому существу. Естественно, что макроскопическая форма этой реальности не менее объективна, чем всякая другая.

Специфическое понятие физической реальности квантовой теории совсем не исключает, а предполагает философское понятие существования объективного мира до всякого опыта, но эта реальность в философском смысле проявляется в специфической форме физической реальности квантовой теории, здесь она получает однозначное толкование в макроскопических понятиях.

Таким образом, утверждение, что электрон существует независимо от нашего опыта, имеет определенный смысл и в квантовой теории, но вопрос, в каком виде существует, как «выглядит» этот электрон «сам по себе», когда его не наблюдают, лишен в некоторых своих свойствах однозначной макроскопической определенности. Действительно, само требование описать, «как выглядит» электрон, в скрытом виде подразумевает его описание в макроскопических понятиях. Но для этого необходимо эту реальность «спроектировать» на макро-мир, а эта «проекция» производится с помощью прибора и оказывается различной, в зависимости от характера прибора.

Это, конечно, не значит, что об электроне совсем ничего сказать нельзя, что он превращается в какой-то «бесплотный дух». Многие характеристики электрона не связаны с тем или иным классом макроскопического прибора: заряд электрона, например, его масса, подчинение статистики Ферми, а не Бозе и т. д. Это обстоятельство надо всячески подчеркивать. Но положение электрона и его импульс действительно лишены в указанном смысле однозначной макроскопической определенности.

Метафизический материализм, рассматривая предмет, действительность лишь в форме объекта или в форме созерцания, а не в форме человеческой деятельности, неспособен материалистически анализировать это сложное взаимоотношение субъекта и объекта. Он игнорирует специфическое макроскопическое положение субъекта и макроскопическую форму познавательной деятельности человека. Он органически «не принимает» квантовую теорию и предлагает искать такую теорию, в которой действительность выступала бы лишь в форме объекта или в форме созерцания.

Идеализм, развивая и подчеркивая действенную субъективную сторону познания, вместе с тем рассматривает ее очень абстрактно, без анализа этой действенной стороны как конкретной объективной деятельности макроскопического существа, познающего в своей деятельности микро-мир, и, таким образом, чудовищно извращает всю ситуацию. Хотя физики под давлением фактов и пришли к фундаментальному открытию макроскопического характера человеческой познавательной деятельности в микро-мире, которое заключается в открытии того удивительного положения, что при изучении микро-мира «для толкования всех измерений в собственном смысле необходимо пользоваться классическими представлениями, несмотря на то, что классическая теория не может сама по себе объяснить таких закономерностей, с которыми мы имеем дело в атомной физике» (Бор), - философы обычно воспринимают это положение абстрактно, вне связи с макроскопическим положением человека, что и приводит к философской путанице в этом важном вопросе взаимоотношения познаваемого объекта (микро-мира) и познающего его макроскопического субъекта.

Таким образом, последовательный анализ познавательной деятельности человека в микро-мире как его объективной макроскопической деятельности не обнаруживает никаких новых научных доводов в пользу идеализма.

Современная физика дает ясное представление, что именно рассмотренному нами ограничению применимости классических понятий она обязана своими удивительными реальными успехами. Но восторг успеха, восторженный перечень совершенных наукой дел приправляются часто некоторой дозой мрачного скепсиса или, осторожнее, - какой-то неудовлетворенностью.

«Неполнота» успеха - этот упрек имеет значение лишь в том случае, если его смысл заключается в утверждении неполноты самой теории, в утверждении, что существует что-то такое, что надо требовать от теории, но теория этого не дает. Возникает вопрос, насколько в этом смысле квантовая механика «полна».

Дает ли квантовая теория «полное» описание физической реальности?

Дает ли квантовая теория «полное» описание физической реальности? Конечно, в своем буквальном смысле этот вопрос более или менее наивен. Мы твердо уверены в том, что любая теория, если она в какой-то мере подтверждена экспериментом, является лишь некоторым приближением к абсолютной истине. Это соотношение относительной и абсолютной истины, нашедшее свое наиболее совершенное истолкование в работах Ленина, является едва ли не самым замечательным открытием нового времени при анализе природы нашего познания.

Квантовая теория в этом смысле конечно, не является и не может являться исключением. Физики могут указать целый список проблем, не нашедших своего решения в квантовой теории. Различные проблемы элементарных частиц, космического излучения, ядерных сил - все это задачи, решение которых физиками часто сознательно связывается с выходом за рамки современной квантовой теории. Вопрос тем не менее имеет некоторое более узкое, но в то же время четкое и однозначное содержание. Под таким вопросом лет десять назад развернулась оживленная дискуссия на страницах специальных физических журналов. Дискуссия была открыта статьями А. Эйнштейна и Н. Бора. Она, правда, не привела к каким-либо принципиально новым результатам, но привлекла внимание к некоторым вопросам и сыграла существенную педагогическую роль.

Существует понятие «полноты» физической теории в рамках ее применимости. Мы имеем в виду «правильную» теорию, т. е. такую теорию, каждое высказывание которой соответствует действительности и может быть хотя бы принципиально подтверждено экспериментами. Анализ вопроса начинается, таким образом, с полного доверия теории. Теория считается правильной.

Во всей этой полемике ни одна из сторон, ни один из физиков не высказал, конечно, сомнения в справедливости квантовой теории в области ее применения. В самое же понятие неполноты теории вкладывалось следующее содержание: теория не полна, если в рамках теории можно придумать такой эксперимент, проведение которого само по себе принципиально не противоречит данной теории, но результаты которого теория предсказать не в состоянии.

Появление всей этой полемики являлось своеобразным проявлением того же недовольства квантовой теорией, недовольства заменой «точных» законов классической механики статистическими законами. Мы встречались со статистическими законами в классической физике как законами, характерными для поведения большего числа частиц. Хотя мы иногда удивлялись необычным, редким, маловероятным случаям поведения такого коллектива частиц, мы всегда предполагали, что каждая молекула движется согласно точным законам классической механики.

В квантовой теории статистические законы претендуют на универсальную применимость, как единственная форма закономерности для элементарного явления, для поведения квантовой частицы, для поведения индивидуального объекта микро-мира в его взаимодействиях с макро-прибором. С точки зрения классических представлений эта претензия статистической закономерности кажется чрезмерной. Во всяком случае, понятно, что «не хочется» «без боя» отдавать привычные классические позиции. В этом исторически понятном желании свести новое к привычному, старому появляется попытка трактовать квантовую теорию по аналогии с классической статистической механикой, попытка истолковать ее как теорию статистического коллектива микро-элементов. Квантовая теория в ее современном виде, по мнению автора этой точки зрения, не может служить фундаментом для теории элементарного процесса, как классическая статистическая теория не может служить основанием классической механики.

Согласно этой точке зрения, элементарный процессы микро-мира не лежат в области применения квантовой теории. Если, таким образом, теория не охватывает какие-то случаи, но им не противоречит, то возможна и даже обязана встречаться такая ситуация, когда эксперимент, допускаемый законами квантовой механики, обнаруживает нечто, что не находит своего отражения в теории, что теория не предсказывает. Именно этот смысл имеет утверждение «неполноты» квантовой теории.

Были предложены самые разнообразные мыслимые эксперименты, проведение которых будто бы вскрывает неполноту теории, так как они способны дать такие «подробные» сведения об элементарном процессе, которые теоретически не следуют из квантовой механики. Но тщательный анализ их неизбежно вскрывает порочность рассуждения автора. Неизменно выяснялось, что если даже эксперимент мог быть поставлен наилучшим и точнейшим образом, то при учете квантовой природы взаимодействия эксперимент способен дать только то, что предсказывает квантовая теория.

Таким образом, если имеется такое положение вещей, для которого характерно, что, с одной стороны, «теория предсказывает результаты, которые полностью подтверждаются экспериментом», с другой стороны, «эксперимент дает такие и только такие сведения, которые предсказываются теорией», то что же может требовать физика большего сверх такой гармонии между теорией и экспериментом? Имеется ли такая гармония теории и эксперимента не в сфере логической, не как гармония между теорией и мыслимым экспериментом, а как гармония между теорией и реальным экспериментом?

Здесь существенно напомнить, что эксперимент дает блестящее подтверждение квантовой теории. Если эксперимент когда-либо покажет более подробные сведения в смысле классической механики, то это будет доказательством краха квантовой теории, на что пока нет никаких указаний.

Квантовая теория в данном смысле оказывается полной, замкнутой теорией. Квантовая теория касается элементарных закономерностей микро-мира и дает о них в терминах классической механики только вероятностные статистические высказывания.

Таким образом, теория дает статистические предсказания макроскопическому эксперименту, эксперимент - статистические данные теории.

Что же достойно сожаления или упрека?

*  *  *

Если анализ характера нашего знания с точки зрения макроскопическо-познавательной деятельности человека делает многое понятным в сложном переплетении проблем современной физики, то вместе с тем возникает вопрос: не ограничивает ли макроскопическое положение человека его познание объективного мира? Разве макроскопическая форма знания исчерпывает объективный мир микро-мира? Разве требование истолковывать все явления микро-мира в понятиях классической теории не представляет собой своеобразное «прокрустово ложе» и для описания явления микро-мира? Разве ситуация в квантовой теории не напоминает мрачную картину из седьмой книги Платона «Политика и государство»? Эту картину иногда рисуют авторы философских книг по физике.

В полутемной пещере сидят прикованные к полу узники. Неверный свет таинственного огня освещает вход в пещеру. За стеной, высотой в человеческий рост, какие-то существа носят на длинных палках чучела животных, птиц, людей, различные изображения и статуи. Они громко разговаривают между собой, ведут какие-то игры, шествуют в торжественных процессиях. Узники не видят ни этой стены, ни этих существ, ни манекенов - узники закованы, они не могут повернуть головы, и лишь тени транспарантов, рожденные в мерцающем свете отдаленного огня, скользят перед глазами узников по сводам пещеры.

Узники от рождения находятся в пещере, они не знают другого образа жизни, другого существования. Они не знают другого мира, кроме мира теней: «Тени действуют, тени передвигаются, тени разговаривают». Они знают язык теней, но ничего и никогда - о существах, повинных в этом великом их заблуждении.

Если кому-нибудь из этих узников посчастливится в дальнейшем освободиться от оков и заглянуть в мир действительных явлений, он будет несказанно поражен его богатством и разнообразием. Его мир теней покажется бесконечно бедным, жалким и ограниченным. И если в дальнейшем приведет судьба его снова узником в эту пещеру, - он будет жить в мечтах о реальном, полнокровном и красочном мире.

Разве соотношение неточностей, принцип неопределенностей - это не те же оковы, мешающие заглянуть в глубь физических явлений? Разве «макроскопическая проекция» микро-мира - это не мир теней, а макроскопическое существование человека - не «пещера», в которой человек - узник? Разве смутные надежды некоторых физиков на будущую теорию, которая объяснила бы «детальное» в смысле классическом поведение элементарного явления - не здоровая мечта о познании полнокровного физического мира?

Эта поэтическая сказка, однако, не имеет никакого отношения к теории познания. Это только удачный пример очень плохой и поверхностной аналогии. Она может привести и приводит в лучшем случае без всяких на то действительных причин к теоретико-познавательному «самобичеванию» (ignorambius).

Здесь мы воспользуемся удобным моментом еще раз внимательно рассмотреть то, что мы называем «макроскопической формой» нашего знания микро-мира, рассмотреть в аспекте теоретико-познавательном.

О форме и содержании нашего знания

Мы говорим: «макроскопическая форма» нашего знания. Что это значит? Значит ли это, что возможны различные формы знания объективного мира? Под «формой» знания мы понимаем различные представления данной реальности, данных реальных отношений, различный «язык» - если можно сказать - знания.

Начнем с одного частного и элементарного примера. В математике имеются аналитический и геометрический методы представления одних и тех же реальных математических отношений. Оба метода дают одно и то же знание математических отношений в природе, но форма выражения этих знаний совершенно различная. Настолько различная, что одни из нас предпочитают геометрические представления, другие - аналитические. Одни лучше «понимают» геометрический язык, другие - аналитический.

У Дидро в «Письмах о слепых в назидание зрячим» рассказывается, как преломляется описание зеркала в представлении слепого: «Я спросил у него, что он понимает под словом «зеркало»?» «Это прибор, - ответил он мне, - который придает выпуклость вещам вдали от них самих, если они расположены подходящим образом по отношению к этому прибору. Это как моя рука: нет вовсе необходимости, чтобы я положил ее рядом с каким-нибудь предметом, чтобы почувствовать его».

Один и тот же объект - «зеркало» - зрячим и слепым описывается различным языком. У того же Дидро можно прочитать: «Кто-то из нас спросил нашего слепого, был ли бы он доволен, если бы был зрячим. «Если бы меня не одолевало любопытство, то я предпочел бы иметь длинные руки; мне кажется, что мои руки рассказали бы мне лучше то, что происходит на луне, чем ваши глаза и ваши телескопы... Поэтому лучше было бы усовершенствовать у меня тот орган, который я имею, чем награждать меня недостающим мне органом». Отсутствие зрения не помешало бы человеку познавать природу, находить ее закономерности, но характер представления природы существенно отличался бы от представления зрячих.

Приведем еще одну иллюстрацию.

Пусть на плоскости живут плоское мыслящие существа. Их чувству недоступны объемные тела, а по своим представлениям они геометры, а не аналитики.

Пусть в природе имеется трехмерное тело - конус, который в своем движении иногда пересекается с плоскостью мыслящих существ, давая в этом сечении одну из конических фигур. В таких случаях плоские существа констатируют либо круг, либо эллипс, либо параболу или гиперболу, а то и просто пару пересекающихся прямых или даже точку. Пусть в своей активной познавательной деятельности они научились управлять этими событиями, передвигая различным образом какие-то плоские рычаги, - они получают различные конические сечения. Как физическую реальность в своем мире, плоские существа воспринимают эти конические сечения. Эти конические сечения представляют собой «формы проявления трехмерной реальности в их двумерном мире». Для наблюдения этой физической реальности требуется плоский аппарат наблюдения. Этот плоский аппарат и плоскость сама существенным образом входит в самое определение их понятия физической реальности. В практической деятельности этих существ, на двумерном геометрическом языке с помощью этих пяти геометрических образов до конца исчерпывается трехмерное содержание конуса. Правда, двумерные жители будут различать эллипс и круг как две различные физические реальности, но когда они захотят все многообразие наблюдаемых свойств связать с объектом как объективным источником всех этих наблюдаемых физических реальностей, они будут говорить в каком-то смысле о «сосуществовании» всех этих образов в одном объекте, т. е. о «кентаврообразности» объекта.

Мы не хотели бы приводить рискованных аналогий: в них наряду с необходимыми иллюстративными чертами можно всегда найти известные недостатки и привести против аналогии существенные возражения. Но аналогии в данном случае помогают нам задержать внимание на самой возможности с различных объективных точек зрения подходить к объективному миру, отражать объективный мир в различных представлениях, особенно когда познание рассматривается конкретно, как конкретная деятельность конкретно существующего субъекта, а не просто в форме созерцания.

Оставляя в стороне все эти примеры и иллюстрации, мы формулируем интересующие нас вопросы по существу. Нас интересуют, в основном, два вопроса. Первый из них - это насколько полностью может быть отражен объективный мир, микро-мир в особенности в классических понятиях импульса и координаты? И второй вопрос: не возможен ли для нас принципиально другой подход к микро-миру - отражение его в совсем иных понятиях, нежели понятия классической механики?

На первый вопрос мы, в сущности, дали ответ, анализируя саму возможность макроскопической формы познания макро-мира. Эта возможность определяется тем фактом, что явления микро-мира отображаются в явлениях макро-мира и воспринимаются человеком в этой макроскопической проекции. Так как каждое явление макро-мира присутствует в пространственно-временных и энергетических понятиях (импульса и координаты), то и каждое макроскопическое проявление конкретного микро-явления, макроскопическое его отображение, следовательно, как уже фактически макроскопическое явление по определению должно отображаться в макроскопических понятиях. Следовательно, в макроскопических понятиях не может быть выражено только то, что принципиально не проявляется в макро-мире. Квантовая теория с некоторой точки зрения представляет собой теорию особого класса макроскопических явлений, связанных с микро-миром взаимодействием.

Существование взаимодействия - это объективная предпосылка макроскопических проявлений микро-мира.

Нам кажется неправильным, антинаучным утверждать, что «что-то» не проявляется в макро-мире, «что-то» удивительным образом принципиально взаимодействовать с ним. Как неоднократно указывалось в работах основоположников диалектического материализма, обсуждение такого «засекреченного» мира лишено всякого смысла[4].

Некоторые авторы, склонные к пессимизму, могут найти здесь повод для своего теоретико-познавательного «самоистязания» - такой теоретико-познавательный «шахсей-вахсей» можно наблюдать в зарубежных странах на страницах философской литературы. Менее понятно, что и сами физики здесь не являются исключением.

В действительности все, что встречается в человеческой деятельности, т. е. все, что в этом макро-мире отображается, все, что с ним взаимодействует, - все это может быть познано человеком. И самая возможность отображения микро-мира в классических понятиях импульса и координаты связана только с классическим вопросом: насколько эти

В действительности все, что встречается в человеческой деятельности, т. е. все, что в этом макро-мире отображается, все, что с ним взаимодействует, - все это может быть познано человеком. И самая возможность отображения микро-мира в классических понятиях импульса и координаты связана только с классическим вопросом: насколько эти классические понятия правильно отображают макро-мир (это не опечатка, именно макро-мир), насколько классическая макроскопическая механика в сфере ее непосредственной применимости (макроскопическая механика) справедлива? И обратно, в этих понятиях не может быть отображено только то, что с макро-миром принципиально не взаимодействует, то, что никогда не встречается в опыте.

 Остается второй вопрос: не возможен ли принципиально другой подход к микро-миру: отображение его в совсем иных понятиях, нежели понятия классической механики?

Возможно ли отображение микро-мира в иных понятиях, чем понятия классической механики?

Иногда, обсуждая удивительное своеобразие закономерностей микро-мира, высказывают соображения, которые ставят под сомнение «адекватность» современного аппарата квантовой теории задачам отображения микро-мира. Мы пытаемся выразить и выражаем особые закономерности микро-мира в макроскопических понятиях. Для отображения микро-мира в этих понятиях требуется их «кентаврообразное» сочетание.

Не является ли задачей будущей физики найти эти будто бы «более адэквантные» микро-миру физические понятия? Мы сами неоднократно подчеркивали нашу макроскопическую «невежливость» в обращении с микро-миром - мы пытаемся входить в микро-мир «в пальто и калошах», - но в конце концов проявление нашей «вежливости» заключается в том, что мы снимаем «только пальто» или «только калоши»: подходим к микро-явлениям либо «с точки зрения» координаты, либо «с точки зрения» импульса. Нельзя ли снять и «пальто» и «калоши»? Можно думать, что в иных понятиях, например, мы снова вернемся к нестатической концепции и т. д.

В этом вопросе имеются две стороны: одна тривиальная, которая заключается, по существу, в том же старом затаенном чувстве «недоверия» к полноте квантовой теории, в стремлении обнаружить «скрытые» параметры, которые приблизили бы, по существу, теорию квантовую к теории классической.

В этом узком аспекте вопросы ставились строго математически с самого почти возникновения квантовой теории. Существуют общие математические теоремы, утверждающие, что такие скрытые параметры несовместимы с квантовой теорией в её современном виде, несовместимы именно в той её области, в которой она блестяще оправдана опытом. Доказательства эти с общей точки зрения, правда, существенно ограничены определённым классом математических выражений, представляющих физические величины «скрытых параметров».

В широком логическом аспекте вопрос сводится пока к неопределённому пожеланию будущей теории «более адекватных понятий».

Против такого неконкретного пожелания трудно найти какое-либо конкретное возражение, но анализы конкретных предложений, если они появятся, всегда целесообразны. Правда, надо сказать достаточно определённо, что тенденция в развитии физики не идёт в этом направлении.

В первые годы создания квантовой теории физики часто обсуждали так называемый принцип наблюдаемости. «В теорию должны входить только принципиально наблюдаемые величины», - говорили физики, анализируя новую ситуацию в новой теории. Иногда этот принцип рассматривался едва ли не как основное достижение современной физики, как методологический принцип, дающий чуть ли не однозначную возможность при построении новой теории. Может быть, с этим принципом связан ответ на наш вопрос? Этот принцип действительно оказал известную помощь авторам квантовой теории. Но как универсальное конкретное орудие этот принцип содержит, к сожалению, существенный порок неоднозначности: какие величины считать принципиально наблюдаемыми?

Если считать, что ответ на этот вопрос должен дать эксперимент в тесном смысле этого слова, то принцип становится тривиальностью. Если дело идёт о величинах, принципиально наблюдаемых в мыслимых экспериментах с точки зрения данной теории, то принцип в иных словах вскрывает, в сущности, непротиворечивость теории или отсутствие в ней «лишних» элементов.

Во всяком случае, этот «принцип» нельзя рассматривать как единственный фактор при построении новой теории. Более того, если рассматривать науку в её развитии конкретно, то, в сущности, ясно, что физика всегда неизбежна «захламлена» всякими ненаблюдаемыми понятиями. В физике сегодняшнего дня и ненаблюдаемый фон электронов в состояниях отрицательной энергии, и, по-видимому, неполная наблюдаемость волновой функции, так как эксперимент непосредственно даёт значение квадрата её амплитуды, и т. д. И всё это существует в физике наряду с требованием её создателей, чтобы в теорию входили только наблюдаемые величины. Они уживаются рядом с этим принципом, говоря житейским языком, может быть потому, что «до неё не дошли руки». Но, с другой стороны, здесь не простая небрежность и попустительство: это исторически естественный и необходимый момент развития науки. Если бы наука была чиста от них,  она бы перестала развиваться - такая теория была бы истиной в конечной инстанции, абсолютной истиной. В этом «хламе» заложены возможности дальнейшего развития науки. Правда, такое толкование науки противоречиво, но это - жизненное противоречие науки.

Нельзя развитие науки излагать так: «И вот голову физика осеняет мысль: посмотрю я, какие понятия не наблюдаемы, выброшу весь хлам и посмотрю настоящую теорию». Ничего из этого не выйдет, а главное, не выходит. «Хлам» выбрасывается тогда, когда он становится в физике практически ненужным, что дается самым ходом развития науки, а не абстрактным применением принципа наблюдаемости.

Наконец, имеется некоторая неясность в необходимости и даже обоснованности формулировки принципа: «В теорию должны входить только наблюдаемые величины». Не слишком ли большое ограничение налагает этот принцип на нашу способность к абстракциям? Действительно, в своих конечных результатах теория должна давать эксперименту лишь наблюдаемые данные. Для предсказания результата теория должна требовать наблюдаемых начальных данных, но каждый этап пути получения конечных результатов - промежуточные этапы в аппарате теории, - должны ли они подчиняться требованию этого принципа? Если да, то откуда это следует? То есть этот вопрос требует обсуждения.

Во всяком случае, имеется опасность, что в такой жесткой формулировке принцип является таким же произвольным ограничением, как и классическое требование наглядных представлений, и столь же антинаучным.

Надо заметить, что наряду с четко выраженным желанием известных авторов квантовой теории ввести как некоторый верховный принцип принцип наблюдаемости, практическое развитие квантовой механики выдвигало конкретные формы теории, в своей основе прямо противоположные этому принципу.

Исключительно любопытно, с этой точки зрения, научное творчество Дирака. Его «ненаблюдаемый» фон электронов отрицательной энергии стал безусловным достоянием науки.

К самой конкретной идее «фона» можно относиться по-разному: возможно, что в будущей теории идея примет какие-то иные формы, но факт остается фактом: двумя десятилетиями подтверждается ее огромная эвристическая ценность. Во всяком случае, развитие современной физики было бы существенно задержано, если бы, уступая требованию принципа наблюдаемости, в свое время отвергли теорию Дирака. Методологическая концепция Дирака находит наиболее яркое выражение в его новейших работах в связи с известными трудностями теории поля. Дирак часто в промежуточные этапы теории вводит ненаблюдаемые вспомогательные элементы, которые выпадают из окончательного результата, подлежащего сравнению с экспериментом.

Таким образом, принцип наблюдаемости в его несомненной части вряд ли содержит больше, чем тривиальное утверждение, что теория должна соответствовать эксперименту. Таким образом, и здесь мы не находим логического ответа на наш вопрос.

Но вопрос все-таки имеет более конкретное содержание не в чисто логическом аспекте, а с точки зрения познания как конкретной человеческой деятельности.

В сфере своей деятельности человек встречается с пространственно-временной локализацией событий и с энергетическим взаимодействием объектов. Всякий опыт ставится в пространстве и во времени, и каждое взаимодействие, по которому делаются заключения о предмете, как известно, исчерпывается энергетическим взаимодействием. Понятия пространства-времени, понятия энергии (материи)-импульса являются отображением в сознании человека его непосредственно макроскопического бытия. Если считать вместе с классической физикой, что это отображение в макроскопических пределах правильно, то какой смысл в предложении искать новых основных понятий для трактования явлений микро-мира, понятий иных, чем координата и импульс, время и энергия (материя)? Ведь микро-мир познается в форме макроскопического проявления.

Смысл предложения, по-видимому, заключается в том, что понятия энергетические и пространственно-временные отображены человеком в его макроскопической деятельности, поэтому они могут быть не адекватны микро-миру, что многие наши затруднения отображают лишь недостаток языка макроскопических понятий, и этот недостаток подлежит исправлению. Во-первых, этот «недостаток» связан с макроскопическим существованием человека, а поэтому «просто» непоправим, а во-вторых, не нуждается, по-видимому, в исправлении, так как не препятствует познанию природы. Действительно, тезис, утверждающий, что «макроскопический» язык недостаточен для выражения макроскопическим наблюдателем микро-закономерностей, ложен. В самой основе он опровергается тем обстоятельством, тем фактом, что от явлений микро-мира в макро-мир идет цепочка взаимодействий, что микро-мир при всем своем своеобразии взаимодействует с макро-миром и это взаимодействие, каждый его случай, с точки зрения макроскопического партнера, обязан истолковываться в макроскопических понятиях потому, что они только и характеризуют макроскопического партнера.

Если раньше, исходя из факта взаимодействия микро-мира с макро-миром, мы выяснили возможность толкования микро-мира в макроскопических понятиях, то теперь из анализа макроскопического бытия человека следует, что эта возможность должна реализовываться в нашей теории, по-видимому, довольно однозначным образом, что идея «принципиально немакроскопических» понятий пока не имеет большого конкретного содержания в макроскопической деятельности человека, познающего микро-мир.

Из анализа макроскопической познавательной деятельности человека вытекает только, конечно, принципиально макроскопический характер этих понятий, с помощью которых отображается микро-мир, и ни в коем случае не предрешается конкретный смысл этих понятий. Только анализ макро-физики указывает на импульс и координату или вообще на так называемые канонические сопряженные переменные, в которых наиболее последовательно и исчерпывающе отображается макро-мир.

Отсюда также следует, что дальнейшее развитие физических теорий, по-видимому, также не должно порывать с элементами пространственно-временных и энергетических отношений. Это, конечно, совсем не значит, что наши физические представления о микро-мире не подлежит дальнейшим изменениям, что пространственно-временные отношения не будут обогащаться новыми фактами, но все эти факты будут, по-видимому, подчинены макроскопическому эксперименту, протекающему во времени и в пространстве, и всякое явление будущей физики также через цепочку взаимодействий должно оказывать влияние на наш прибор, изменяя его состояние, и на органы наших чувств; оно не только должно быть отлично от вещей макро-мира, но чем-то «похоже» на них, чтоб иметь возможность с ними взаимодействовать, чтоб иметь возможность проявляться в нашем опыте. Ведь «таким образом» явление может изучаться, а многообразие свойств микро-объекта благодаря этому взаимодействию - исчерпываться многообразием проявления микро-объекта в нашем макроскопическом опыте.

Можно подумать, что мы слишком большую роль отводим тому, «земному», макроскопическому, что характерно для современной квантовой теории, что мы, наконец, принижаем могучую роль абстрактного мышления. Это неверно: достаточно раскрыть любую книгу по квантовой теории, чтобы убедиться в колоссальной роли и возможностях абстрактного мышления, что макроскопическая форма нашего знания микро-мира предъявляет огромные требования именно к абстрактному мышлению, роль которого непрерывно возрастает.

Современная физика и идеализм

Современная физика, как мы видели, не дает никаких физических аргументов в пользу идеализма. Их нельзя найти ни в физическом, ни в философском понятии реальности, ни в проблеме субъекта и объекта.

Почему же, однако, многие зарубежные авторы считают, что современная физика «развивается и идет в направлении идеализма»? Почему, несмотря на фактически материалистическое содержание физики, создатели ее в своих философских истолкованиях, за немногим исключением, становятся на идеалистическую точку зрения?

Исчерпывающий ответ на этот вопрос дается работами Ленина, которые сохраняют всю свою актуальность и на настоящем этапе развития науки. В этой статье мы ограничимся лишь частной, более узкой стороной этого вопроса.

Почти до начала текущего столетия физики рассматривали изучаемую ими действительность «только в форме объекта или в форме созерцания», а не с точки зрения человеческой деятельности. Познающий субъект, человек, и его макроскопическое положение в природе, макроскопический характер его познавательной деятельности объективно не налагали никакого «субъективного» отпечатка на природу нашего знания. Процесс познания если и трактовался как деятельность субъекта, то как деятельность чисто созерцательная.

В своей практической деятельности физик - всегда стихийный материалист, а такой чисто созерцательный характер познания всецело укладывался в философскую концепцию метафизического материализма, который исторически и был связан с классической физикой. Впервые ясное рассмотрение нашего познания, с точки зрения человеческой деятельности, вошло в физику вместе с теорией относительности. Теория относительности нанесла сокрушительный удар созерцательному характеру нашего представления действительности.

В физических рассуждениях появился «наблюдатель», он прочно «усаживается» в «данную систему координат». Хотя законы природы формулируются независимо от этого наблюдателя и присутствие наблюдателя ни в какой мере не уменьшает объективного характера природы, представления многих отношений мира в данной системе координат иначе выглядит, чем в других[5]: здесь иные длины, иные длительности, иные события одновременны. Эти отношения останутся теми же, если наблюдателем в данной системе координат будет физический прибор. В этом смысле все эти отношения в данной системе координат также объективны. Но с точки зрения человеческой деятельности, практически, в известном смысле, важно указать ту систему координат, в которой ведутся наблюдения, так как конкретное проявление закономерностей в вариантных величинах в ней своеобразно. Это своеобразие свойственно этой системе координат. Это значит, что в практической конкретной познавательной деятельности человек смотрит на мир с какой-то, правда, объективной, но данной одной конкретной «позиции», под данным объективным, но отличным от других «углом зрения». Метафизический материализм видит в этом «субъекте»-наблюдателе посягательство на саму объективность существования мира и до сих пор не может и не в состоянии примириться с теорией относительности.

Квантовая теория привнесла собой еще в более конкретной форме рассмотрение действительности с точки зрения человеческой познавательной деятельности, с точки зрения макроскопической «системы координат», с точки зрения макроскопической деятельности человека. Для человека, для познающего субъекта, как макроскопического существа, характерно познание микро-мира через отображения его в макро-явлениях. Это отображение, как показывает квантовая физика, не однозначно и зависит от способа отображения, от той или иной экспериментальной установки. Хотя выбор экспериментальной установки находится всецело во власти субъекта, эта активная роль субъекта нисколько не противоречит объективности мира, объективности данного способа макроскопического проявления микро-мира, так же, как человеческая деятельность вообще не противоречит, а предполагает существование объективного мира. Но становится совершенно невозможным созерцательное отношение к действительности.

Перестает быть однозначным старый, казалось бы, всегда ясный и определенный вопрос: как «выглядит» электрон сам по себе, когда его не наблюдают? С одной стороны, вопрос требует ответа, как электрон «выглядит». С точки зрения познания как человеческой деятельности это значит: как, каким электрон встречается в человеческой деятельности, в опыте? Квантовая теория утверждает, что «выглядеть» электрон будет по-разному, в зависимости от того, «как смотреть», какие установки применять при наблюдении. Но в вопросе добавлено условие: «когда не наблюдают», т. е. когда не указывают характер установки наблюдения. Это условие лишает возможности однозначного ответа. Ситуация совершенно аналогична вопросу: какова траектория или «какова длина стержня безотносительно к какой-либо системе координат»? Отказ от ответа не значит, что стержень вообще не существует, что электрон вообще не существует, но лишь означает неправильную постановку вопроса.

Современная физика после долгих исканий пришла к квантовой теории как теории, толкующей в классических понятиях результаты микро-явления с помощью макро-прибора: пришла к уяснению своеобразной макроскопической теории нашего знания микро-мира с помощью макро-прибора: пришла к уяснению своеобразной макроскопической формы нашего знания микро-мира, исходя не из теоретико-познавательного анализа характера познания макроскопического субъекта, а чисто «эмпирически». В современном изложении квантовой теории её классический характер кажется случайным, кажется удивительным, что «необходимо пользоваться классическими представлениями, несмотря на то, что классическая теория не может сама по себе объяснить тех новых закономерностей, с которыми мы имеем дело в атомном мире».

В этой фразе сквозит большое удивление. Удивление колоссальному успеху самой возможности с помощью именно этих классических представлений давать исчерпывающее истолкование явлений микро-мира. Любопытно, однако, что никакой попытки теоретико-познавательного анализа причин такой удивительной ситуации никем детально не проведено. Эта ситуация трактуется абстрактно, «как данное».

Нельзя созерцательно воспринимать микро-мир, микро-явления, надо предварительно отобразить его в макро-мире. Для этого необходима активная деятельность познающего субъекта.

Метафизический материализм стал в оппозицию развивающейся науке - оппозиция, в известном смысле, воинствующая, она требует изгнания субъективных моментов действенной стороны познания. Практически, фактически, как показывает полустолетнее развитие науки, метафизический материализм не предложил ничего взамен критикуемого. Но метафизический материализм лишь на словах объявляет непримиримую войну субъективизации природы. На самом же деле на своём боевом оружии он (ложной объективизацией) привносит субъективные моменты, извращающие объективный характер внешнего мира. Это стремление к ложной объективизации доводится до своего логического конца в известном наивном вопросе озадаченного ученика к своему учителю: ученик добросовестно усвоил все перипетии с истории открытии электрона и изучением его свойств, но никак не может постигнуть, как обнаружили, что данная частица называется электроном. Эта «глубокомысленная» проблема не слишком далека от тех проблем, над которыми в течение многих десятилетий безуспешно бьется метафизическая мысль механического материалиста. Метафизический материалист - большой мастер ставить несуществующие проблемы.

Крайности сходятся - метафизический материализм ведёт к тому же идеализму.

Отправляясь с хорошими намерениями исследовать процессы, объективно протекающие в природе, метафизический материалист на своей «спине» приносит «вязанку дров» в общий «идеалистический костёр».

Но физика продолжала развиваться своими путями. Действенная, субъективная сторона познания, её человеческий, земной характер выступили ярче.

Субъективная, действенная сторона познания, в противоположность метафизическому материализму, развивалась идеализмом, хотя абстрактно и односторонне. Во всяком случае, здесь физика, освобождаясь от уз метафизического материализма, нашла готовую систему понятий, готовую терминологию, выражающую субъективные моменты познания и большое желание видеть в науке подтверждение своих философских позиций.

Эти «услуги» идеализма против метафизического материализма в какой-то мере «оплачены» в высказываниях многих крупнейших физиков, создателей современной квантовой теории, но оплачены всё-таки «фальшивой монетой»: физика, как мы видели, не подтверждает идеализма.

Освобождая современную физику от уз метафизического материализма, идеалистическая философия пытается в той или иной мере «освободить» её и от признания объективного мира.

Если метафизический материализм игнорирует субъекта, его конкретную познавательную чувственно-человеческую деятельность и абстрактно-метафизически трактует объективный мир, то идеализм игнорирует объективный мир и односторонне, абстрактно-метафизически рассматривает роль субъекта в познании объективного мира.

Метафизический материализм не может примириться с квантово-механическим определением понятия физической реальности, так как оно дано под углом зрения макроскопической познавательной человеческой деятельности.

Идеалистическая философия с энтузиазмом воспринимает этот макроскопический и человеческий «субъективный» угол зрения, но извращает, его конкретное объективное содержание. Объективное содержание его извращено односторонним и абстрактным подходом к толкованию познавательной деятельности.

Только диалектический материализм гарантирует полноту рассмотрения вопроса.

Диалектический материализм рассматривает познание как «чувственно-человеческую деятельность» (Маркс), но познающее существо - человека - в противоположность идеализму он рассматривает не абстрактно, как некоторое «познающее начало», а как часть того же объективного мира, как конкретно существующего человека, познавательная деятельность которого является конкретным продуктом того же объективного мира.

Познавательная способность субъекта не рассматривается абстрактно, как абсолютная познавательная характеристика некоего абстрактного познавательного «начала», а, наоборот, рассматривается совершенно конкретно, как познавательная способность человека, которая появилась в самой природе на определенной ступени развития материи: она «предназначена» «самой природой» для её же познания. Самая способность познания, естественно, явилась в результате необходимости познания: её характер определяется этой необходимостью.

Такое общее и вместе с тем конкретное рассмотрение взаимоотношения субъекта и объекта, объективного мира в целом и познавательной деятельности человека исключает возможность всяких теоретико-познавательных заблуждений. Конкретное физическое содержание объективного мира и его закономерностей раскрывается физикой, подтверждается согласием физической теории с экспериментом и не может быть предписана априори.

* Печатается в порядке обсуждения.

[1] ¹ См. «Успехи физических наук» т. XVI, вып. 4, стр. 437 (В. А. Фок, А. Эйнштейн, Н. Бор и др.). Встречающийся в статье текст в кавычках заимствован главным образом из упомянутых статей.

[2] В дальнейшем мы неоднократно будем возвращаться к этому вопросу и рассматривать его с разных сторон.

[3] Стоит предостеречь о том, что термин «физический кентавр» не следует понимать слишком упрощенно. Например, представлять себе волновые и корпускулярные свойства частиц в образе волны, во впадине которой «уютным образом» расположился электрон. Методологически здесь была бы такая же ошибка, как если бы электромагнитное поле мы старались бы представить себе в виде механической среды. Мы этим термином (образным, но не всегда удачным) обозначаем, конечно, всю сложную ситуацию, в частности, принципа дополнительности.

[4] «Это утверждение, что мы неспособны познать вещь-в-себе..., во-первых, выходит из области науки в область фантазии. Оно, во-вторых, ничего не прибавляет к нашему научному познанию, ибо если мы неспособны заниматься вещами, то они не существуют для нас. И, в-третьих, это утверждение - не более чем фраза, и его никогда не принимают на деле. Взятое абстрактно, оно звучит вполне вразумительно. Но пусть попробуют применить его. Что думать о зоологе, который сказал бы: «Собака имеет, повидимому, четыре ноги, но мы не знаем, не имеет ли она в действительности четырех миллионов ног» (Ф. Энгельс «Диалектика природы», стр. 193-194. 1946).

[5] Несмотря на то, что законы природы выражаются независимо от системы координат, наблюдение их всегда ведется в какой-то конкретной координатной системе. Невозможно расположить приборы и наблюдать мир с какой-то «внесистемокоординатной» точки зрения.