Другие журналы на сайте ИНТЕЛРОС

Журнальный клуб Интелрос » Вестник РОССИЙСКОГО ФИЛОСОФСКОГО ОБЩЕСТВА » №2, 2012

Когин М.И.
Классическая проблема понимания в неклассической физике
Просмотров: 1199

Говорят, однажды редактор журнала «Нейчур» Д. Меддокс заметил, что если бы Ньютон предложил свою силу тяжести в журнал в наши дни, то ее, почти наверняка, отвергли бы, как слишком нелепую. Действительно, как может одна вещь тянуть другую через огромное расстояние? Разумеется, и для Ньютона, открывшего закон тяготения, природа сил осталась тайной, но она нашла свое объяснение в рамках проявленных ею эффектов, поэтому здесь и не усматривается никаких парадоксов. Такого рода явлений много, включая явления электромагнетизма, нашедшие объяснение в тех же рамках, чего не скажешь о квантовых явлениях, демонстрирующих, как нередко говорят, «шизофреническое» поведение электрона. Понятно, что обнаружить какую-то закономерность в этом поведении не представляется возможным, поэтому получив математическое оформление, квантовая механика в то же время не смогла дать логического объяснения исследуемых ею процессов, в связи с чем возникает вопрос: удалась ли экспедиция в микромир? Да, говорят инструменталисты, во всяком случае у нас теперь есть возможность предсказывать результаты бедующих экспериментов, однако неспособность понять физическую ситуацию, как и появление около полутора десятков интерпретаций квантовой механики, ставит под сомнение сам факт знакомства с ним.
Первая интерпретация квантовой механики, написанная в духе принципа дополнительности, была озвучена Н. Бором в 1927 году. Ее суть во многом предопределена представлением о том, что частица не может одновременно обладать точной координатой и точным импульсом, вследствие чего при измерении их значений приходится прибегать к использованию разнотипных приборов, то есть менять условия опыта, что делает невозможным обобщение его результатов. Бор пишет по этому поводу: «Данные, полученные при разных условиях опыта, не могут быть охвачены одной единственной картиной; эти данные должны рассматриваться как дополнительные в том смысле, что только совокупность разных явлений может дать более полное представление о свойствах объекта»1. Данные, о которых идет речь, – это продукт взаимодействия элементарной частицы с экспериментальными устройствами, то есть параметры квантовых явлений, демонстрирующие несовместимые картины – корпускулярную и вол-новую. Рассматривая их как два дополняющих друг друга описания одной и той же реальности, Бор, очевидно, находит, что это не добавляет знания о ней. Иное дело, совокупность разных явлений. Она действительно способна дать более полное представление, а в месте с тем и знание о чем угодно, но только при условии, что такая совокупность должна быть образована данным в ощущении признаком, общим для содержащихся в ней явлений, а не серией экспериментов, как в рассматриваемом случае.
Такую возможность, к примеру, предоставляют нам явления типа сезонной деформации строительных конструкций, образование льда, пара, объединяющихся в совокупность признаком, известным по реакции организма на изменение температурного режима, то есть признаком одного из физических параметров. Именно это ощущение позволяет переносить на данный физический параметр свойства перечисленных явлений, чем добавляется и знание о нем, и представление о его свойствах.
Квантовые явления не были бы исключением из этого правила, если бы с микрообъектом был возможен сенсорный контакт, однако нельзя сказать, что в этом и заключается проблема квантовой механики. Отсутствие представления об объекте исследования, разумеется, реально существующего, еще не создавало в науке тупиковых ситуаций, поскольку предметом исследования в таких случаях становятся не свойства объекта, а свойства эффектов, полученных в результате его взаимодействия с другим объектом или физическим параметром, вроде эффекта отклонения магнитной стрелки около проводника с электрическим током, давшего начало одному из важнейших научных направлений. Цель же квантовой механики заключается в том, чтобы объяснить процессы, происходящие в микромире, для чего обязательно требуется представление о свойствах микрообъекта, однако если нет представления о самом объекте, а его нет, то, как получить сведения о его свойствах и можно ли их получить вообще? Неудивительно, если этот вопрос у кого-то вызовет недоумение. Ведь свойства, о которых идет речь, давно известны, более того, именно им-то и обязана квантовая механика, и вот теперь кому-то пришло в голову поставить это под сомнение. Такая позиция вполне понятна, но свойства, которым обязана квантовая механика, под сомнение не ставится, – сомнение вызывает их принадлежность к квантовому объекту.
Все, что способно проявить какие-то свойства, не может проявить их иначе, как при взаимодействии с чем-то, но взаимодействуя, свойства трансформируются, и поэтому обнаружить их не представляется возможным. В самом деле, какие признаки свойств, например, водорода и кислорода, содержит в себе вода, продуктом взаимодействия которых она является? Ничего определенного по этому поводу сказать нельзя, помимо того, что данное соединение обязано их связи на уровне обменного взаимодействия электронов. Поэтому, вероятно, никому и в голову не приходит проецировать свойства воды и других водосодержащих соединений, метана, например, на атом водорода. Следовательно, только наблюдаемые (проявленные) эффекты, вроде фазового превращения, текучести, процесса окисления, могут служить здесь источником свойств, помимо ощущений, разумеется. Но свойства данные в ощущении – это не тот предмет, который могла бы исследовать физика, а поскольку каких-то иных способов знакомства со свойствами материи, кроме этих двух, не существует, то надо признать, что диапазон ее исследований ограничен рамками наблюдаемых эффектов, квантовых явлений, например.
После экспериментального подтверждения гипотезы де Бройля, согласно которой частицы материи обладают и корпускулярными, и волновыми свойствами, не оставалось ничего иного, как добиваться понимания экспериментальных фактов, ставящих под сомнение порядок вещей, согласно которому свойства несовместимые в одном объекте не могут принадлежать ему. Неудивительно, что такая задача оказалась невыполнимой, тем не менее, после того как немецкий физик Э. Шредингер предложил использовать для описания квантовых явлений понятие волновой функции, ситуация формально разрешилась. Однако для этого помимо волновой функции в уравнения квантовой механики был введен еще один конструкт, незарегистрированный в экспериментах, а также символьные выражения значений наблюдаемых параметров вместо понятий классической физики, что позволило избежать противоречий, связанных с упомянутым парадоксом. Удалось ли при этом получить непротиворечивую картину квантовых процессов, при их явном противоречии – большой вопрос, но операции с волновой функцией, к удивлению скептиков, позволяют вычислять вероятности квантово-механических событий, проще говоря, предсказывать результаты экспериментов, что свидетельствует об адекватном объяснении экспериментальных данных. Казалось бы, столь очевидный успех не оставляет никаких сомнений относительно безупречности концептуальной базы новой физики, но квантовые уравнения описывают поведение реальных частиц, а оно парадоксально, следовательно, экспериментальные данные, о которых идет речь, не могут иметь непротиворечивого описания. Здесь должно быть, что-то одно: либо описание получили только символы, либо парадокс – это не более чем плод ума.
Главный вопрос, на который квантовая механика хотела бы получить ответ, формулируется так: почему электрон ведет себя подобно волне, когда дифрагирует, проходя сквозь кристалл и подобно частице, когда движется в электрическом поле? Данные, касающиеся поведения электрона, получены путем наблюдения за параметрами квантовых явлений, имеющих очевидную связь с его свойствами. Другой вопрос, является ли это основанием для переноса результатов наблюдений на свойства микрообъекта, если те же параметры меняются всякий раз, когда меняются экспериментальные устройства, то есть свойства объекта, с которым взаимодействует частица? Конечно же, нет. Ведь если параметры квантовых явлений зависят от условий опыта, то они не могут репрезентировать свойства частицы, независящие от этих условий. Особенность ситуации как раз и заключается в том, что и свойства частицы, и свойства взаимодействующих с ней экспериментальных устройств при взаимодействии трансформируются в свойства квантовых явлений. Выше уже рассматривалась аналогичная ситуация на примере водорода и водосодержащих соединений. Как было показано, свойства этих продуктов взаимодействия не сводятся к свойствам взаимодействующих объектов, чему, кстати, обязано все многообразие мира, когда-то состоявшего из одних частиц. Ну а если не сводится, то значит волна – это не состояние частицы, а свойство продукта взаимодействия, ошибочно проецируемое на нее. Отсюда и образ частицы, которым представлены эти свойства в математических записях, подтверждающих адекватное толкование «не-адекватного» поведения электрона.
Конечные результаты столь необычного «взаимодействия», об-разности и исчисления, видятся по-разному, но при этом остается незамеченной одна очевидная деталь: математический аппарат приемлет только опытные данные. В нашем случае они представлены в виде проявленных эффектов, поэтому было бы удивительно, если бы уравнения квантовой механики описывали нечто отличающееся о них.

1. Бор Н. Избранные труды: В 2 т. М.: Наука, 1971. Т. 2. С. 407.
Архив журнала
№4, 2014№1, 2014№4, 2013№3, 2013№2, 2013№1, 2013№4, 2012№3, 2012№2, 2012№1, 2012№4, 2011№3, 2011№2, 2011№1, 2011
Поддержите нас
Журналы клуба