Крылья Феникса; Введение в квантовую мифофизику - Ирхин В. Ю. (смотреть онлайн бесплатно книга .txt) 📗
В возникших спорах приняли участие почти все выдающиеся физики нашего времени (кроме позитивистски настроенных исследователей, вообще не склонных обсуждать мировоззренческие вопросы как ненаучные). Хотя в книгах гуманитарной направленности изложение каких-то конкретных точек зрения по этому вопросу зачастую предваряется словами современная физика установила, что..., спор далеко не завершен. В этом разделе мы приведем -- в той мере, как это необходимо для связности изложения, основные физические факты, которые в дальнейшем будут обсуждаться с более возвышенной точки зрения.
Ранний период развития квантовой физики (1900-- 1924) характеризуется прежде всего формулировкой законов излучения в идеальной модели абсолютно черного (т. е. не отражающего) тела и введением кванта действия (М. Планк, 1900), открытием световых квантов и корпускулярно-волнового дуализма, т. е. двойственной природы света (А. Эйнштейн, 1905 и последующие работы), затем построением модели атома Бора (Н. Бор, 1913) и гипотезой Луи де Бройля о волновых свойствах электрона (1924). Ключевым моментом здесь является осознание корпускулярно-волнового дуализма как универсального свойства материи.
Обретена
Вечность!.. Она -
Точно волна,
Слитая с солнцем.
(А. Рембо. Вечность)
Второй этап, начавшийся с 1925 года, характеризуется построением формальной теории, описывающей этот дуализм (В. Гейзенберг, М. Борн, П. Иордан, Э. Шредингер, П. Дирак, В. Паули, 1925-- 1927; 1925-- 1927; Дж. фон Нейман, 1932; Р. Фейнман, 1948 и другие и глубоким обдумыванием возникших в связи с этим концептуальных проблем (принцип неопределенности Гейзенберга, статистическая интерпретация волновой функции Борна, принцип дополнительности Бора, теория измерений Дж. фон Неймана, и др.). Существуют хорошие популярные изложения физической сути корпускулярно-волнового дуализма (см., напр., прекрасные книги Р. Фейнмана Характер физических законов и КЭД: странная теория света и вещества), к которым мы и отсылаем читателя за более детальной физической информацией.
Наиболее удивительной чертой квантовой механики, радикально отличающей ее от всей предшествующей физики, служит придание вероятности статуса фундаментального понятия. В классической физике вероятность возникает как мера нашего незнания поведения системы, и ее использование носит, в общем, прагматический характер. Скажем, рассчитать точную траекторию падения монетки с учетом ее вращения, сил сопротивления воздуха и т. п. в рамках классической физики в принципе возможно, хотя это -- достаточно сложная физическая задача. Вместо того, чтобы решать ее в каждом конкретном случае, мы прибегаем к вероятностным соображениям, когда говорим, что при достаточно большом числе испытаний приблизительно в половине случаев монетка упадет орлом, а в половине -- решкой. Тем не менее, если нам очень уж захочется, мы вполне можем сделать гораздо больше, а именно, рассчитать движение монетки полностью и предсказать, как она упадет в данном конкретном случае. Другое дело, что во многих реальных задачах такая возможность остается только принципиальной -- скажем, в задачах молекулярной физики, где нужно рассматривать совместно уравнения движения для колоссального числа частиц. Для многих физически важных задач движение к тому же оказывается неустойчивым, и уже малая неопределенность в задании начальных условий приводит к сколь угодно большой неопределенности в решении через большие промежутки времени. В таких случаях прагматически использование понятия вероятности оказывается не только возможным, но и неизбежным. Однако в принципе нет никаких ограничений на сколь угодно точное определение начальных условий и сколь угодно точное решение задачи.
В рамках ньютоновско-картезианской парадигмы казалось бесспорным, что в принципе можно предсказать или объяснить любое явление, если знаешь достаточно детально все причинно-следственные связи в системе. В квантовой механике основной математический объект -- волновая функция -тоже подчиняется детерминистскому уравнению (уравнению Шредингера) и тем самым может быть в принципе найдена сколь угодно точно. Однако непосредственно она неизмерима и определяет лишь вероятности исхода различных физических экспериментов (статистическая интерпретация М. Борна). Важно подчеркнуть, что, в отличие от классической физики, никаких предсказаний для результатов индивидуального физического эксперимента в квантовой механике сделать нельзя. Например, квантовая механика может в принципе рассчитать, с какой вероятностью ядро радиоактивного изотопа распадется в определенный день с 10 утра до 5 вечера, и эти статистические предсказания при наличии достаточно большого числа ядер будут точны (скажем, если указанная вероятность была 20%, то в 5 вечера действительно останется лишь 80% ядер данного типа от числа бывших в 10 утра). Но она не может ответить на вопрос, когда именно распадется данное конкретное ядро, и распадется ли оно вообще в указанный промежуток времени. Более того, утверждается, что ответ на этот вопрос невозможен принципиально.
Внезапно они умирают; среди ночи народ возмутится, и они исчезают; и сильных изгоняют не силою... Он сокрушает сильных без исследования и поставляет других на их места.
(Иов 34:20,24)
В этом смысле фундаментальное для всей европейской науки понятие причинности радикально пересматривается. Скажем, данное конкретное ядро распалось ровно в 12 часов 37 минут 00 секунд; причину этого события, объясняющую, почему оно не произошло, скажем, на две минуты раньше или позже, указать нельзя -- оно вполне могло произойти раньше или позже, а вот произошло именно сейчас -- и бессмысленно спрашивать почему. Эту особенность квантовой механики в особенности подчеркивал В. Паули.
Для Паули свобода, характерная для индивидуальных событий, есть наиболее важный урок квантовой механики. Он часто ссылался на философию Шопенгауэра, базовыми элементами которой были воля (Wille) и представление (Vorstellung), т. е. (иррациональная) свобода выбора и (рациональная) идея.
(K. V. Laurikainen. The message of the atoms. Essays
on Wolfgang Pauli and unspeakable. Berlin, 1997)
