Значение философии для физических исследований
2011-03-05 Лайош Яноши
От редакции:
Предлагаемая вниманию читателям статья была опубликована в журнале «Вопросы философии» (1958. - №4. - С.98-110).
О ее авторе сайт «Вся физика» сообщает следующее:
Яноши Лайош (2.03.1912-2.03.1978) - венгерский физик, член Венгерской АН (1950), вице-президент в 1958-73. Родился в Будапеште. Учился в Венском университете, окончил Берлинский университет (1935). В 1939-47 работал в Манчестерском университете, в 1947-50 - профессор Дублинского института перспективных исследований. С 1950 - профессор Будапештского университета, 1956 -70 - директор Центрального института физических исследований. Работы относятся к физике космических лучей, ядерной физике, физике элементарных частиц, методологии физики. В 1940 совместно с Дж.Рочестером открыл проникающие ливни. В 1943 предложил механизм образования мезонов космических лучей - процесс многократного рождения - и объяснил рождение мезонов ядром. Член ряда академий наук и научных обществ. Премия Л. Кошута (1951).
http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=1462.
Л.Яноши - один из немногих физиков, боровшихся в ХХ веке против идеализма в физике. И если физики-материалисты в ряде областей потерпели поражение, то не потому, что их воззрения были ложными, а потому, что научной борьбе, как и в любой другой, всегда побеждает не истина, добро, красота, а сила.
Победа идеализма в физике завела эту науку в тупик. Многие физики желали бы найти выход, но с юных лет так напичканы ложными философскими воззрениями, что не могут даже предположить существования альтернативы господствующим взглядам. В предлагаемой статье такие альтернативы обсуждаются.
Для тех читателей - не физиков, которым статья может показаться слишком специальной, мы выделили жирным шрифтом места, содержащие главные идеи статьи.
Мои коллеги-физики в ходе наших бесед поставили вопрос: полезно ли вообще физикам заниматься философией? Некоторые из них утверждали, что, согласно их опыту, философия никогда не способствовала развитию физики; следовательно, изучение философии - пустая трата времени. Поэтому я хотел бы посвятить настоящую статью этому вопросу.
Конечно, эта проблема очень сложная, и в небольшой статье невозможно рассмотреть все ее детали. Поэтому я попытаюсь изложить лишь некоторые ее аспекты. Чтобы избежать недоразумений, с самого начала я хочу заметить, что философия (но не любая философия) играет, по моему мнению, очень важную роль в исследованиях физика. В своих работах я всегда старался последовательно применять диалектический материализм и уверен в том, что это в значительной мере способствовало достигнутым мной результатам.
Ошибочная точка зрения, согласно которой физика не имеет собственно философских проблем, в некоторой степени основывается на том, что философы часто рассуждают о физических проблемах, не зная в достаточной степени физики, и поэтому выступают с наивными высказываниями. Во всяком случае, если мы критикуем философов, недостаточно компетентных в физических вопросах, то во имя справедливости надлежит также критиковать тех моих коллег-физиков, которые, не имея достаточной философской подготовки, часто весьма необдуманно высказываются по философским вопросам. Приведем некоторые примеры.
Советские физики и философы критиковали советского философа А. А. Максимова, который хотя и исходил из правильных философских принципов, однако весьма поверхностно понимал значение их для физики. Все это привело к тому, что полученные им выводы отнюдь не содействовали развитию науки и вызвали у советских физиков большие возражения.
Другой пример. Некоторые философы изложили свои взгляды в ходе дискуссии, проводившейся в «Deutsche Zeitschrift für Philosophie». Этот спор, как раз из-за отсутствия у многих участников дискуссии специальных знаний, я не считаю особенно плодотворным.
А сколь важную роль могут сыграть философы, серьезно занимающиеся физическими проблемами, показывают, например, работы Б. Фогараши, направленные против физического идеализма. Они заставили физиков серьезно задуматься и вызвали отклики даже у тех из них, которые стоят далеко не на позициях диалектического материализма.
Философские и физические вопросы зачастую очень сложным образом связаны между собой, поэтому я считаю, что возможно плодотворное сотрудничество между физиками, знающими философию, и философами, не жалеющими усилий для основательного ознакомления с вопросами современной физики. Это сотрудничество способствовало бы плодотворному развитию как физики, так и философии.
Я хотел бы двумя важными примерами проиллюстрировать тот факт, что в современной физике есть очень важные философские вопросы, относительно которых физик обязан выработать свою точку зрения, поскольку они имеют большое значение для развития физики. Эти два вопроса связаны с основами теории относительности и квантовой механики.
Теория относительности формировалась в процессе попыток объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона-Морли. После опыта Майкельсона-Морли был проведен еще ряд опытов с целью экспериментально определить абсолютное движение Земли относительно эфира. Все эти опыты остались безрезультатными, так как ни оптическим, ни электрическим, ни механическим путем не удалось определить состояние абсолютного движения Земли относительно эфира.
На основании целой серии отрицательных результатов Эйнштейн сделал вывод, что вообще не существует опыта, могущего обнаружить абсолютное движение Земли, и поэтому «нет смысла» говорить о таком абсолютном движении. Эйнштейн выдвинул требование сформулировать теорию так, чтобы не было необходимости говорить об абсолютной скорости.
Известно, что Эйнштейну удалось дать формулировку, которая соответствовала поставленному им требованию. Он пришел к выводу, что есть возможность избежать понятия абсолютного движения, введя формулы преобразования, которые при переходе из одной системы отсчета к другой преобразуют не только пространственные координаты, но и временные. Таким образом, согласно Эйнштейну, понятие одновременности становится относительным: два события, рассматриваемые в одной системе отсчета, кажутся одновременными, но в другой системе отсчета они не являются одновременными.
Интерпретация Эйнштейном опыта Майкельсона-Морли и подобных экспериментов, с точки зрения логики, не является единственно возможной. До Эйнштейна Лоренц и независимо от него Фицджеральд дали другое объяснение этой же проблемы. Лоренц и Фицджеральд предполагали существование эфира. Они считали также, что электромагнитные явления относительно эфира описываются уравнениями Максвелла. По их мнению, в системе, движущейся относительно эфира, свет не распространяется изотропно, но та анизотропия, которая дала бы положительный эффект в опыте Майкельсона-Морли, полностью компенсируется деформацией интерферометра благодаря своему движению относительно эфира. Эта деформация точно компенсирует эффект, данный анизотропией. Другими словами, на интерференционной картине интерферометра, движущегося относительно эфира, не возникает ожидаемого смещения полос, потому что движущиеся части интерферометра в ходе движения деформируются в такой степени, что эта деформация полностью компенсирует геометрически ожидаемый эффект.
Интерпретация Лоренца-Фицджеральда математически нисколько не отличается от интерпретация Эйнштейна; мы можем стоять на точке зрения либо Эйнштейна, либо Лоренца-Фицджеральда и получим одинаковые ответы на все те физические вопросы, которые мы сейчас можем считать экспериментально решенными. Дискуссию между сторонниками этих точек зрения можно свести к следующему вопросу: являются ли деформации типа Лоренца-Фицджеральда «действительными» или же они, как утверждает Эйнштейн, являются «кажущимися». Отсутствие между этими двумя интерпретациями математической разницы подтверждается тем, что они построены на преобразованиях Лоренца.
Эти факты излагались здесь столь подробно потому, что хотелось обратить внимание читателя на то, что разница между интерпретацией Лоренца-Фицджеральда и Эйнштейна чисто философская. Если придерживаться узкой, но часто встречающейся точки зрения, согласно которой нет смысла различать выводы, экспериментально неразличимые, то мы придем к выводу (по моему мнению, неправильному), что между интерпретацией Эйнштейна и Лоренца вообще нет разницы. На самом же деле здесь речь идет об очень глубоком философском вопросе. Более ранняя интерпретация Лоренца-Фицджеральда пытается определить материальные закономерности твердых тел. Лоренц и Фицджеральд стремились с помощью анализа внутренних сил установить, как эти силы связывают твердое тело, и показать, что ускорение твердого тела приводит к постоянной деформации его. Изменение трансляционного состояния твердого тела, возникающее лишь в результате ускорения, должно привести к деформации тела. Эту мысль, которую в более или менее явной форме мы находим в работах Лоренца, интересно довести до конца.
В интерпретации Эйнштейна главное - формальное описание состояния. Эйнштейн не ставит вопроса так: что будет с телом, когда мы ускоряем его, и как оно изменится в результате этого ускорения? Он ставит его в иной форме: что видят наблюдатели, находящиеся в разных состояниях движения относительно тела? Разницу между интерпретацией Лоренца и Эйнштейна мы можем сформулировать следующим образом: Лоренц исследует свойства объекта с физической точки зрения, а Эйнштейн удовлетворяется анализом роли наблюдателя.
Хотя многие физики утверждают, что им незачем заниматься философией, все же большинство из них придерживается определенных взглядов по этим, в сущности, философским вопросам. Они часто говорят о том, что, по их мнению, интерпретация Эйнштейна более совершенна, чем «устарелая» интерпретация Лоренца. В качестве примера я хотел бы привести выдержку из известной книги Лауэ: «В сущности сделать на основе эксперимента выбор между расширенной теорией Лоренца и теорией относительности вообще невозможно, и если, несмотря на это, первая теория все же оттеснена на второй план, то это объясняется главным образом тем, что в ней все же не содержится, как ни близка она к теории относительности, большого, простого, обобщающего принципа, который придает теории относительности нечто импозантное» (Мах von Laue «Die Relativitätstheorie» Das Relativitätsprinzip der Lorentztransformation, Braunschweig**, 1919,** S. 34).
Я мог бы процитировать подобные выдержки из многих других учебников, показывающие, что физики занимают определенную позицию по отношению к возникающим в ходе упомянутой выше дискуссии вопросам, якобы не разрешимым с помощью экспериментов. Я думаю, что по этим вопросам следует высказываться, несмотря на то, что я и сам не уверен в том, что наиболее распространенные теперь среди физиков мнения правильны.
Впрочем, если внимательно проанализировать приведенную выше цитату Лауэ, то можно увидеть, что вообще речь идет не о том, что принципиально невозможно решить спор между сторонниками этих двух точек зрения, а скорее о том, что экспериментально невозможно доказать правильность точки зрения Эйнштейна, то есть неправильность точки зрения Лоренца. Ведь Эйнштейн, в сущности, утверждает, что некоторые явления невозможны, а именно: принципиально не может существовать действие, распространяющееся со скоростью, большей скорости света. И если бы в конце концов удалось открыть такое действие, оно было бы экспериментальным доказательством неправильности точки зрения Эйнштейна, но не касалось бы трактовки Лоренца. Вот что говорит по этому поводу Лауэ: «Еще более настоятельной была необходимость проведения ряда экспериментов с целью исследования влияния движения Земли. Но ни при одном из них предполагаемое явление не наблюдалось, и это служит самой твердой опорой для убеждения в существовании принципа относительности» (Мах von Laue «Die Relativitätstheorie...», S. 30).
Это довольно осторожное высказывание Лауэ отражает мнение многих физиков 20-х годов. С тех пор новых точек зрения не было высказано, и весьма обдуманное и осмотрительное мнение Лауэ превратилось в догму.
Я хотел бы для характеристики взглядов некоторых физиков привести цитату из статьи Бригитты Экштейн, выступившей в вышеуказанной дискуссии, проводимой «Deutsche Zeitschrift für Philosophie», против точки зрения Виктора Штерна: «Не будучи физиком, он (т. е. Штерн. - Л. Я.) не может знать, что для разрешения этого вопроса невозможно придумать никакого другого эксперимента, просто потому, что не существует никаких других явлений, в которых можно было бы предполагать существование «эфира» (in die Äther hineinspielt) и на которые он мог бы оказать влияние. Таким образом, аргументы физиков могут показаться постороннему произвольными и легковесными: он не может знать, на какую массу экспериментального материала опирается то или иное мнение» («Deutsche Zeitschrift für Philosophie», 1954, Hi 4, S. 929).
Я допускаю, что Бригитта Экштейн высказала бы свое мнение не столь резко, если бы она не была так возмущена дилетантскими нападками Штерна на теорию относительности. Мне хотелось бы предложить физикам, стоящим на вышеуказанной точке зрения, попробовать вновь беспристрастно проанализировать оригинальные работы по теории относительности и связанным с ней проблемам, чтобы установить объективно, что можно полностью доказать, что надо рассматривать как вероятное, как предположение, и что считать философской конструкцией.
Решить вопрос о том, чья трактовка правильна, Лоренца-Фицджеральда или Эйнштейна, важно потому, что существенной частью трактовки Эйнштейна является гипотеза, согласно которой физические действия не могут распространяться со скоростью, большей скорости света; в трактовке же Лоренца нет такого общего высказывания.
Моя точка зрения в продолжение последних десятилетий, вероятно, разделялась и другими физиками, однако вера в правильность трактовки Эйнштейна была столь велика, что она не могла добиться успеха. Недавно я узнал, например, что в 20-е годы И.Водецки разделял близкую моей точку зрения.
Решение этой проблемы имеет большое значение еще и потому, что квантовая теория столкнулась с большими трудностями, и волей-неволей в той или иной форме у нас возникает вопрос, можно ли разрешить трудности квантовой теории, если предположить, что внутри атома или в больших системах при соответствующих условиях могут существовать действия, распространяющиеся со скоростью, большей скорости света. Если стать на точку зрения Эйнштейна и отбросить как абсурдные теории, предполагающие существование скорости, большей скорости света, то тогда возникнет опасность того, что мы заранее откажемся от правильного решения этой проблемы.
Мое мнение о физической интерпретации преобразования Лоренца я подробно изложил в статье, напечатанной в «Acta Phys. Hung.». К физической стороне этого вопроса я предполагаю вернуться в статье, которую думаю опубликовать в физическом журнале. Поэтому здесь я не буду подробно излагать его физические аспекты, а попытаюсь осветить лишь принципиальные основы своей точки зрения. По моему мнению, Лоренцово понятие абсолютного эфира, которое мы должны трактовать так, что в этом эфире находится Вселенная, с философской точки зрения неприемлемо.
Однако я думаю, что трактовка Лоренца может быть разумно модифицирована таким образом, что в результате мы получим модель, которая не будет содержать в себе эйнштейновских предположений о скорости света и одновременности.
Если при помощи метода Лоренца отнести уравнения Максвелла к привилегированной системе, то тогда вообще не следует предполагать, что эту систему отсчета можно экстраполировать на всю Вселенную. Ведь опыты Майкельсона-Морли были произведены лишь на Земле, значит, если мы введем другую систему отсчета, скажем, относительно центра тяжести солнечной системы, и предположим, что эта система не имеет особого значения на большом расстоянии от солнечной системы, то эту систему отсчета мы «можем использовать для всех практических целей. По моему мнению, совсем не бессмысленно будет придать этой системе особое значение, с точки зрения нашего близкого окружения. Если с помощью опыта Майкельсона-Морли и других подобных опытов невозможно определить движение относительно этой системы, то зачем упорно настаивать на том, чтобы искать с помощью интерферометра Майкельсона-Морли то, что совершенно ясно определяется другим путем?
Систему, окружающую солнечную систему, в большей степени выделяют неподвижные звезды. В этой системе окружающие нас неподвижные звезды имеют относительно небольшую скорость. Впрочем, как раз общая теория относительности показала, что во вращающейся системе мы можем представить центробежную силу как реакцию окружающих нас неподвижных звезд, Центробежные силы мы чувствуем во вращающейся относительно неподвижных звезд системе. По моему мнению (и это я более подробно изложил в упомянутой выше статье), можно сказать, что предполагаемая Лоренцом деформация ускоренного твердого тела объясняется реакцией окружающих нас неподвижных звезд. Принципиально я не вижу разницы между постановкой вопроса об абсолютном вращении в общей теории относительности и поставленным здесь вопросом о трансляции относительно системы неподвижных звезд.
Я хотел бы обратить внимание читателей в особенности на то, что математически не трудно связать Лоренцовы деформации с движением относительно неподвижных звезд, если мы примем в расчет силы связи между атомами твердого тела, распространяющиеся со скоростью света, хотя носителем этих сил является не всемирный эфир, а чуть ли не статическое гравитационное поле, окружающее небесные тела.
Мне хотелось бы обратить внимание на старое философское недоразумение, которое, по моему мнению, оказало решающее влияние на развитие физики. Вопрос состоит в следующем: в какой степени мы можем считать постулируемую Лоренцом контракцию предположением «ad hoc»? По моему мнению, гипотеза Лоренца совершенно естественна. Но в начале века, когда атомная теория была еще недостаточно разработана, этого не могли увидеть. Когда Майкельсон и Морли запланировали свой интерференционный опыт, они с полной уверенностью рассчитывали на положительный эффект, и это было возможно только потому, что они исходили из само собой разумеющегося для них предположения, что интерферометр можно считать в геометрическом смысле жестким телом и, таким образом, твердые детали интерферометра не деформируются вследствие вращения, скажем, на 90°.
В то время такое представление Майкельсона и Морли о твердом теле было вполне понятным. В наши дни благодаря развитию атомной теории мы знаем, что твердое тело имеет «неплотную» структуру. Твердое тело состоит из многих атомов, которые находятся в состоянии динамического равновесия. Далее известно, что те силы, с помощью которых атомы взаимодействуют и которые приводят систему к динамическому равновесию, распространяются с конечной скоростью. Значит, если рассматривать твердое тело в виде множества атомов (как это и есть в действительности), находящихся в динамическом равновесии, станет очевидным, что тело, состоящее из сложной системы атомов, не может быть нечувствительным к ускорению и трансляционному движению. Если мы ускоряем такую сложную систему, то обязательно изменяется ее состояние равновесия; значит, твердое тело, соответствующее атомистическим представлениям (как это следует из динамических соображений), в процессе ускорения деформируется. Если бы Майкельсон и Морли в свое время знали об этом, то они исходили бы из того, что их измерение даст разность двух эффектов: с одной стороны, перемещение полос из-за трансляционного движения Земли, а с другой - влияние вращения интерферометра на динамическое равновесие его атомов.
Если бы они ставили вопрос таким образом, то из отрицательного результата ими был бы сделан следующий вывод: эти два эффекта точно компенсируют друг друга. Такой вывод был бы не очень удивительным, если бы учитывалось, что силы, действующие между атомами, имеют в сущности электромагнитный характер. Итак, действие трансляции на атомы, связанные электромагнитными силами, такое же, как и влияние трансляции на электромагнитные волны света. Точные математические соображения, обосновывающие эти важные размышления, были набросаны в моей вышеупомянутой статье, напечатанной в журнале «Acta Phys. Hung.». В другой статье, опубликованной в журнале «Успехи физических наук» (май 1957), я изложил эти мысли более подробно.
Цель настоящей статьи я вижу не в том, чтобы убедить читателя в правильности моей точки зрения по вопросам теории относительности; я хотел бы показать, сколь важны философские вопросы для развития физики. Резюмирую изложенную проблему: стоит ли заниматься теориями или экспериментами, в которых предполагаются существования действий, распространяющихся со скоростью большей, чем скорость света, или нет? Естественно, что в конце концов этот вопрос решится успехом или неудачей соответствующих экспериментов. В данный момент перед нами стоит важная задача - со всей ответственностью решить, на проведении каких экспериментов и развитии каких теорий следует сосредоточить наши ограниченные силы. И чтобы разрешить этот вопрос, мы должны опереться на философские соображения, указывающие на правильность или неправильность того или иного пути. Неправильное решение этого вопроса может оказаться серьезным препятствием в дальнейшей разработке этой проблемы.
Мне хотелось бы также кратко изложить одну из основных проблем квантовой теории для того, чтобы показать, что и в квантовой теории есть важные философские вопросы, по отношению к которым физики должны занять определенные позиции, иначе они вообще не смогут чего-либо добиться в своих дальнейших исследованиях. Я имею в виду (уже много раз обсуждавшуюся проблему волн и частиц.
Не углубляясь в детали, можно сказать, что целый ряд экспериментов наглядно показывает волновой характер света. Напомню простейший случай интерференции света, проходящего через две щели (рис. 1).
Рассмотрим источник света L, освещающий экран S**1 с двумя щелями, обозначенными А и В. Второй экран, S2, освещаемый светом, Проходящим через щели А и В, освещается неравномерно, и на Экране появляются чередующиеся темные и светлые полосы. Эта так называемая интерференционная картина образуется так, что в одних местах исходящие из двух щелей лучи погашают, а в других местах усиливают друг друга. Рассмотрим на интерференционной картине точку М, где имеет место погашение. В точке М волны, исходящие из источника света, не дают освещенности; это,явление легко объясняется тем, что световые волны, распространяющиеся по пути LAM и LBM, из-за интерференции погашают друг друга. Это устройство характерно для всех интерференционных опытов, поэтому нет смысла рассматривать здесь другие интерференционные явления.
Корпускулярный характер света столь же явно обнаруживается, как и его волновые свойства. В видимой области фотоэффект показывает, что пучок света с частотой ν**,** падающий на металлический слой, ведет себя точно так, как будто он состоит ив очень маленьких, движущихся со скоростью света частиц с импульсом hν/c и с энергией hν. Свойства исходящих из облученного металлического слоя фотоэлектронов вряд ли могут быть поняты без гипотезы Эйнштейна, согласно которой свет состоит из отдельных фотонов.
Гипотезу фотонов наглядно и эффективно подтвердили опыты, связанные в первую очередь с именем С. И. Вавилова. Эти опыты показали, что в потоке фотонов при очень незначительной интенсивности имеют место флюктуации, неожиданные с точки зрения волновой теории, которые, однако, должны иметь место, если исходить из общих статистических соображений при допущении, что свет состоит из отдельных независимых частиц.
Из аргументов, доказывающих корпускулярный характер света, я хотел бы упомянуть еще то положение, что кванты света с помощью электронного умножителя можно сосчитать по отдельности. Недавно мне вместе с моими сотрудниками удалось закончить следующий эксперимент (А. Адам, Л. Яноши, П. Варга «Acta Phys. Hung.». 1955. № 4, 301). Мы направили очень слабый пучок света на полупрозрачное зеркало, так что пучок света распался на две компоненты; таким образом, появилось два пучка - проходящий и отраженный (рис. 2). С помощью поставленных на пути обеих компонент электронных умножителей оказалось возможным показать, что каждый фотон или проходит, или отражается, но ни в коем случае не распадается на две части, как это можно было ожидать, следуя примитивным волновым соображениям. Говоря более точно, в результате опыта было установлено, что умножители (несмотря на статистически ожидаемые случайные совпадения) никогда не срабатывали одновременно.
На первый взгляд может показаться, что опыты, доказывающие волновой характер света, совершенно противоречат опытам, доказывающим его корпускулярный характер. Это противоречие становится еще более ярким, если мы используем экспериментальное устройство, с помощью которого одновременно проявляются оба свойства света. Я имею в виду следующее: рассмотрим интерференционное устройство, показанное на рис. 1. Если интенсивность света будет очень слабой, то падающий на экран S2 свет можно исследовать с помощью электронных умножителей. В этом случае мы можем ожидать, что на месте темных полос мы не найдем фотонов, а на месте светлых полос обнаружим их в большом количестве. Такого рода эксперимент я начал проводить вместе с моим сотрудником Ж.Нараи; последние результаты показали, что получаются интерференционные полосы, если используется очень слабый свет. Советский ученый В.Фабрикант сделал подобный этому опыт, исследуя дифракцию электронов. Опыты С.И.Вавилова по флюктуации фотонов также подтверждают эти наблюдения.
Чтобы показать парадоксальность этого положения, рассмотрим устройство, изображенное на рис. 1. Вместо того, чтобы пропустить свет на экран S1, поставим непосредственно за щелями по одному умножителю. Так как умножители закрывают щели, они автоматически препятствуют появлению интерференционной картины на экране S2. Следует ожидать, что исходящие из источника света L отдельные фотоны, которые при отсутствии умножителей проходили бы через одну из щелей и, таким образом, содействовали бы появлению интерференционной картины на экране S1, улавливает тот или иной умножитель. Исходя из вывода, полученного на основании экспериментов по совпадению фотонов, мы ожидаем, что фотон упадет или на тот, или на другой умножитель и никогда одновременно на оба умножителя.
Этот промежуточный эксперимент должен был бы убедить нас в том, что первоначально каждый фотон падает только на одну из двух щелей. Тем не менее тот факт, что на местах минимума интерференции вообще нет фотонов, показывает, что каждый отдельный фотон должен находиться каким-то образом под влиянием обеих щелей. Ведь достаточно изменить расположение одной из щелей, и на экране S****2 на месте минимума появится максимум.
Эти опыты доказывают два факта. Во-первых, то, что каждый фотон может проходить лишь через ту или другую щель, во-вторых, что каждый фотон находится под влиянием обеих щелей.
Мы пришли к нелепому заключению, что фотон находится под влиянием той щели, через которую он вообще не проходил. Нелепость этого заключения станет ясной, если примем во внимание, что проходящие через щель А фотоны ведут себя по-разному, в зависимости от того, открыта или закрыта щель В, которой они вообще не касаются.
Здесь речь идет об очень щекотливом факте, который, однако, подтверждают опыты. Вопрос же заключается в том, как теоретически объяснить этот своеобразный факт.
Общепринятая, «ортодоксальная» точка зрения состоит в следующем: чтобы обострить противоречие между корпускулярной и волновой природой света, необходимо опереться хотя бы на два разных опыта. Прежде всего на такой опыт, в котором счетчики расположены непосредственно за щелями, и, во-вторых, на исследование интерференционной картины с открытыми щелями. Ясно, что эти два эксперимента не могут быть произведены с одним и тем же фотоном. В случае использования одних фотонов мы можем установить, что они проходят или через щель А или через щель В. Однако создали бы эти фотоны интерференционную картину при отсутствии умножителей или нет, установить невозможно: ведь они поглощаются уже до попадания на экран S1. Далее, во втором устройстве, когда мы определили, что фотоны избегают места минимума интерференционной картины, мы не в состоянии доказать, что эти фотоны проходили через щель А или щель В. Значит, с помощью установок мы об одних фотонах можем заключить, что они проходили только через щель А или только через щель В. О других фотонах, по отношению к которым вопрос о том, через какую щель они проходили, остается открытым, мы можем сказать, что они избегают места минимума интерференции и, таким образом, оказываются под влиянием обеих щелей.
В соответствии с ортодоксальным пониманием существа дела все это можно выразить в следующей форме: если мы не знаем, через какую щель проходил фотон, можно предположить, что фотон проходил через обе щели, и, таким образом, мы не должны удивляться, что в дальнейшем он будет вести себя так, как будто он проходил через обе щели. Последующая аргументация такова: предположим, что каждый фотон проходит, например, через щель А с вероятностью, равной 50%, и также с вероятностью, равной 50%, - через щель В. Нет никакой разницы между этим предположением и утверждением, что фотон действительно распался и половина его прошла через одну щель, а половина - через другую щель.
Удовлетворит ли кого-либо ортодоксальная трактовка или нет, - это, как и в том случае, когда речь идет о теории относительности, вопрос философский. Существенной чертой ортодоксальной трактовки является утверждение, что нельзя четко отделить объект от субъекта. Предполагают, например, что на движение фотона или электрона влияет наше знание о состоянии частицы.
В связи с этой трактовкой остро ставится вопрос о детерминизме и индетерминизме. Ведь если, как утверждает ортодоксальная теория, наше знание об электроне влияет на его движение, то он не может подчиняться определенным объективным законам. Действительно, ортодоксальная теория считает существенной чертой квантовой механики то, что ее законы имеют индетерминистический характер. Философский вопрос заключается в том, согласны ли мы признать индетерминистический характер законов и отождествление объекта и субъекта и удовлетворимся ли мы теперешней формой ортодоксальной квантовой механики или мы не согласимся с такими философскими понятиями и будем искать другую теорию. Ясно, что необходимо сделать выбор между позитивизмом и диалектическим материализмом.
Мое мнение в этом вопросе совпадает с мнением де Бройля, недавно пришедшего к заключению, что ортодоксальная трактовка неудовлетворительна. Это мнение в последнее время распространяется все больше и больше. Я имею в виду не только сотрудника де Бройля Вижье, а также Д. Бома, но и представителей советской школы - Д.И.Блохинцева, Я.П.Терлецкого, советских философов - И.В.Кузнецова и других. По мнению всех этих физиков и философов, ортодоксальная трактовка Бора, Гейзенберга и их сторонников не является действительным решением проблемы волна-частица, и ссылка на то, что одновременно принципиально невозможно проводить оба упомянутых эксперимента, не освобождает нас от мысли о том, что эти опыты можно понимать как взаимосвязанные.
С указанным выше вопросом тесно связан и другой вопрос. Ортодоксальная школа утверждает, что нет необходимости более точно объяснять вышеупомянутые факты: ведь удалось математически сформулировать теорию так, что она, хотя и весьма далека от наглядности, все же дает четкий ответ на все возникающие вопросы.
Мы должны здесь уяснить, возможно ли, с одной стороны, и необходимо ли, с другой стороны, применять модель в микрофизике. В самом деле, речь идет не только о применяемой в микрофизике модели, а, строго говоря, о модели вообще.
Ортодоксальная точка зрения по вопросу о модели микрофизики заключается примерно в следующем: принципиально невозможно описать атомные явления с помощью модели, и это якобы теоретически может быть доказано. Но если кто-нибудь сомневается в этих доказательствах и старается свои соображения подтвердить при помощи модели, то сторонники этой точки зрения возражают, что такого рода попытка является устарелой, бессмысленной. Например, физику, не удовлетворенному сложным математическим формализмом квантовой механики и старающемуся описывать явления наглядно, с помощью модели, они могут сказать, что в XIX веке также пробовали описывать явления с помощью механических моделей, но позже убедились, что это невозможно. Однако в наши дни попытки трактовать уравнения Максвелла на основе механик» (например, предположив, что молекулы эфира имеют особые, винтообразные и т. д. формы) считаются наивными.
Я полагаю, что перегибы бывают во всех направлениях. Попытка объяснить уравнения Максвелла с помощью детальных моделей была таким же перегибом, каким является сейчас стремление заранее отклонить все, что можно считать моделью.
По сути дела, вопрос о том; удовлетворительно ли то представление о явлениях, которое дает абстрактный формализм квантовой теории, остается философским вопросом. По моему мнению, неудовлетворительно, и этой точки зрения придерживаюсь не только я. Приведем высказывания по данному вопросу некоторых известных физиков.
Прежде всего я хотел бы показать, как рассматривает эту проблему один из выдающихся представителей ортодоксальной школы - Гейзенберг. Он пишет: «Интерпретация квантовой теории подверглась критике прежде всего со стороны старых физиков, которые не были склонны пожертвовать системой идей классической физики в такой степени, в какой это требовалось от них в данном случае. Эйнштейн, Шредингер и фон Лауэ не считали новую интерпретацию окончательной или достаточно убедительной. Но в последние годы против «ортодоксальной» интерпретации выступил также ряд молодых физиков, выдвинувших положения, которые мы рассмотрим ниже.
Работы противников копенгагенской интерпретации можно разбить на три группы.
Авторы работ, относящихся к первой и наиболее многочисленной группе, безоговорочно принимают интерпретацию экспериментов, данную копенгагенской теорией, по крайней мере, тех экспериментов, о которых до сих пор шла речь, но заявляют о своей неудовлетворенности ее языком, то есть лежащей в основе этой теории философией, и заменяют ее другой философией. К этой группе принадлежат работы Александрова (А. А1еkszandгоv. «Dokl. Akad. Nauk», 84, (2), 1952), Блохинцева (D. Blohincev «Sowjetwissenschaft» 6, (4), 1953), Бома (D. Böhm «Phys. Rev.», 1951, 84, 166, es 1952. 85, 180), Боппа (F. Ворр «Zeitschrift für Naturforschung». 1947. 2а, (4), 202, 7а, 82. 1952, 8а, 6. 1953), Л. де Бройля (L. de Broglie «La physique quantique restera-t-elle indeterministe?», Gauthier-Villars; Paris, 1953), И. Феньеш (I.Fényes «Z. Phys.», 1952, 132, 81) и В.Вейцеля (W. Weizel «Z. Phys.», 1953, 134, 264, es 135, 270, 1953).
Авторы работ, относящихся ко второй группе, действительно пытаются изменить квантовую теорию. Выдвигаемая ими новая теория хотя во многих случаях дает те же результаты, что и старая, но отнюдь не во всех случаях. Наиболее разработанную попытку в этом направлении сделал Яноши (L. Janossy «Ann. Physik.» (6) II, 324, 1952).
Наконец, авторы работ, принадлежащих к третьей группе, выражают общую неудовлетворенность квантовой теорией, не выдвигая определенных физических или философских возражений. К этой группе относятся работы Эйнштейна (например, «Albert Einstein, Philosopher - Scientist». The Library of Living Philosophers. Inc. Vol. 7, 665oldalt61; Evan-ston. 1949), фон Лауэ (M. von Laue «Naturwissenschaften», 38, 60, 1951), Шредингера (E. Schrödinger «Brit. J. Phil. Sei.» 3, 109, 233, 1952) и в последнее время Реннингера (М. Rеnninger «Z. Phys.», 136, 251, 1953).
Однако все противники копенгагенской интерпретации сходятся в одном: они считают, что следует вернуться к концепции реального мира классической физики или, говоря в более общей форме, к онтологии материализма, то есть к идее объективного, реального мира, самая малейшая частичка которого существует объективно, подобно тому как объективно существуют камни и деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет» (W. Heisenberg «Niels Bohr and the Development of Physics**».** L**. 1955,** p**. 16-17).**
Из приведенной выше цитаты видно, насколько тесно переплетаются физические и философские проблемы. В дальнейшем я хотел бы процитировать работы выдающихся физиков, высказывания которых свидетельствуют об их критическом настроении.
Де Бройль в недавно опубликованной статье сделал следующее заявление: «История наук показывает, что прогресс науки постоянно тормозился тираническим влиянием некоторых концепций, которые, в конце концов, стали считаться догмами. Ввиду этого следует периодически подвергать глубочайшему пересмотру принципы, которые были признаны как окончательные и больше не обсуждались» (Луи де Бройль «Останется ли квантовая физика индетерминистической?» - в книге «Вопросы причинности в квантовой механике». 1955, стр. 32).
Из этой же статьи де Бройля взята следующая цитата, которая в еще более конкретной форме выражает сомнение автора в правильности ортодоксальной квантовой теории. «Чисто вероятностная интерпретация признает полную эквивалентность всех распределений вероятностей, и именно поэтому Нейман принял эту эквивалентность в качестве постулата, показав тем самым, что если признать основные концепции чисто вероятностной интерпретации, то этой интерпретации уже нельзя избежать. Получается, таким образом, своего рода заколдованный круг, и мне уже не кажется, что теорема Неймана имеет то значение, которое я ей придавал в последние годы» (там же, стр. 29).
Мне хотелось бы сослаться также на два малоизвестных высказывания Шредингера (первое может показаться шуткой, но его следует понимать всерьез). «Наконец, если вы меня спросите: чем же в действительности являются эти частички, эти атомы и молекулы? - то я буду вынужден честно признать, что об этом я так же мало знаю, как о том, откуда взялся второй осел Санчо Пансы» (Е.Schrödinger «Unsere Vorstellung von der Materie», Genf, 1952, p. 54).
Шредингер здесь имеет в виду непонятное появление у Санчо Пансы - героя произведения Сервантеса «Дон-Кихот» - осла, пропавшего в начале повествования. Следующая цитата звучит так: «Эта картина материальной действительности в настоящее время столь неустойчива и неопределенна, сколь она не была уже давно. Нам известно очень много интересных подробностей, и каждую неделю мы узнаем новые. Но невыполнимой задачей является выделение среди основных представлений действительно твердо установленных и построение на их основе ясной, удобопонятной схемы, о которой можно было бы сказать совершенно определенно: в настоящее время все мы в нее верим. Широко распространено мнение, что дать объективную картину действительности в том смысле, как это понимали раньше, вообще невозможно. Только те из нас, кто являются оптимистами (к ним я причисляю и самого себя), считают это результатом философской экзальтированности, выражением отчаяния перед лицом большого кризиса. Мы надеемся, что эта неустойчивость понятий и взглядов лишь знаменует собой бурный процесс преобразования, который в конце концов приведет к чему-то лучшему, чем беспорядочное нагромождение формул, которое имеется ныне в изобилии» (там же, стр. 37-38).
Как видно из приведенных выше цитат, у многих физиков есть серьезные возражения против ортодоксальной трактовки. Некоторые физики, наоборот, твердо придерживаются ортодоксальной теории. До тех пор, пока ортодоксальная трактовка не противоречит экспериментам, вопрос о том, какой трактовке верить и какую отклонить, остается чисто философским вопросом. Но этот вопрос немаловажный, ибо мы должны планировать наши эксперименты на основе наших представлений об окружающем нас мире. Сочтем ли мы необходимым пересмотреть современную квантовую теорию или будем придерживаться того взгляда, что эта теория теперь уже столь совершенна, что нет необходимости пересматривать ее и можно сосредоточить наши силы на решении новых проблем?
Ортодоксальная школа считает, что современная теория удовлетворительна именно с философской точки зрения и правильность ее во многом определяется ее логическим совершенством. Правда, сторонники этого направления признают, что в этой теории есть еще не доказанные экспериментально выводы, но они не считают нужным дальше исследовать и без того уже ясные, с их точки зрения, проблемы. Характерна в этом отношении критика Гейзенбергом моих взглядов, данная в его упомянутой выше статье: «Яноши в настоящее время пытается преобразовать квантовую механику введением в нее понятия затухания с тем, чтобы понятие интерференции через определенное время само собой отмерло. Если это и соответствует действительности (а осуществленные до сих пор эксперименты не дают оснований это предполагать), то все же с такой интерпретацией связан ряд вызывающих тревогу последствий, как на это указывает сам Яноши (например, волны, которые распространяются со скоростью, превышающей скорость света, нарушают временную последовательность причины и следствия для движущегося наблюдения, то есть нарушают различие между определенными системами координат), так что вряд ли мы решимся пожертвовать простотой квантовой теории ради этой точки зрения, пока эксперименты не принудят нас к этому» (W. Heisenberg «Niels Bohr and Development of Physics», London, Pergamon Press, 1955, p. 23-24).
В связи с этим необходимо заметить следующее. Часто восхваляемая «простота» квантовой механики логически приводит к устрашающим, по моему мнению, последствиям, и как раз поэтому я не согласен признавать все выводы квантовой теории.
С начала 20-х годов ранее спорные понятия квантовой теории все более и более догматизируются. В середине 20-х годов еще проводились эксперименты с целью подтверждения основ квантовой теории, но потом они совсем прекратились, так как полученные результаты не противоречили квантовой теории. В дальнейшем такие эксперименты уже совсем не проводились, и можно сказать, что с тех пор планирование и проведение таких экспериментов стало противоречить «хорошему тону». Я, конечно, не имею в виду те опыты, которые проводятся с целью исследования сложных эффектов (как, например, недавно открытое смещение Лэмба); я имею в виду опыты основные, касающиеся исходных принципов квантовой теории. В последние годы единственными экспериментами, проводимыми в этом направлении, были уже упомянутые опыты B. Фабриканта, а также мои опыты по совпадению фотонов. Кроме того, C.И.Вавилов занимался всю жизнь, хотя и довольно спорадически, этими проблемами.
Совершенно определенная точка зрения многих ведущих физиков, согласно которой основные вопросы теории полностью выяснены, привела, по моему мнению, к тому печальному последствию, что многие эксперименты, которые следовало провести, просто не проводились, так как, по мнению научной общественности, дни не могли дать никаких интересных результатов. Очевидно, этим обстоятельством мы можем объяснить и то, что опыты В. Фабриканта, с одной стороны, и мои опыты по совпадению фотонов - с другой, не были произведены раньше и что целый ряд основных идей до сих пор экспериментально достаточно не подтвержден, например, столь важный вывод вышеизложенной теории о том, что интерференционное явление осуществляется при любой малой интенсивности света и в любом большом оптическом устройстве.
Резюмируя вышеизложенное, я хотел бы заметить следующее. В современной физике есть много вопросов, которые должны быть разрешены на философской основе. Мы не можем уклоняться от их решения, потому что дальнейшее развитие науки требует, чтобы в эти вопросы была внесена принципиальная ясность. Как мы уже говорили выше, такие вопросы, как, например, вопрос о том, какая трактовка правильна, Эйнштейна или Лоренца, ортодоксальная квантовая теория или детерминистическое направление, требуют еще своего решения. Для большинства физиков эти вопросы кажутся решенными, но в последнее время мы сталкиваемся с высказываниями физиков, сомневающихся в правильности данного ранее решения и выступающих против его догматизации. Сколь опасным может быть для физики догматичный, неверный взгляд на некоторые вопросы, становится ясным, если взглянуть на историю кинетической теории газов Больцмана. Последний добился признания своей гениальной теории, преодолев огромнейшие трудности. Возражения, которые выдвигались в основном физиками против его теории, пленяющей своей цельностью и в наши дни, основывались на поверхностной философской аргументации. Ему говорили, что совершенно бессмысленно применять механическую модель для теплоты. При этом в качестве примера всякой физической теорию приводили теорию Максвелла и аргументировали тем, что все совершенные теории явлении надо записывать, подобно уравнениям Максвелла, в форме дифференцированных уравнений.
В своей книге Больцман пишет: «Действительно, если история науки покалывает, как часто теоретико-познавательные обобщения оказывались ложными, то не может ли и модное в настоящее время направление, отрицательно относящееся к любым специальным представлениям, так же, как и признание качественно различных видов энергии, оказаться шагом назад? Кто предвидит будущее? Поэтому шире дорогу для любого, направления, прочь с любой догматикой в атомистическом или антиатомистическом смысле!» («Лекции по теории газов». ГИТТЛ. 1953).
Когда Больцман говорит о том, что исследователям, согласным и несогласным с атомной теорией, нужно обеспечить свободный путь, он, конечно, не хочет сказать того, что ученый не должен занимать определенной позиции; он хочет лишь подчеркнуть, что в свое время было ошибкой превращать соображения против атома в догмы, ибо они привели исследователей, пытавшихся встать на сторону атомной теории, к большим трудностям. Больцман вообще не приводит аргументов против философии, он лишь просит выслушать его. В конце прошлого века поспешные философские обобщения породили фундаментальные философские положения, которые многими тогдашними физиками были восприняты как догмы; согласно этим догмам, считалось принципиально неправильным рассматривать теплоту как движение молекул и строить подробные гипотезы относительно атома. Одним из рьяных защитников этих явно неправильных догм был Э. Мах. Высказывания Больцмана - протест против угнетающего его догматизма, основанного на поспешных философских заключениях.
В настоящее время положение вещей аналогично тому, какое было во время Больцмана. В наши дни широко распространена догма, согласно которой считается бессмысленным и философски неправильным введение в микрофизику модели: по мнению сторонников этой точки зрения, идеальной теорией было бы чисто математическое обоснование закона, без какой-либо наглядности.
Я хотел бы вместе с Больцманом воскликнуть: «Кто предвидит будущее?» Но, быть может, трагический случай с Больцманом научит нас осторожности; я, со своей стороны, отклоняю современные догмы.
Однако все физики должны понять, что сегодня нам необходимо занять определенную философскую позицию в основных вопросах и что правильное или неправильное направление нашей работы, от которого зависят ее конечные результаты, обусловлено тем, какова будет их позиция.