Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки - Ирина Львовна Радунская
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Гейзенберг на основе этого мысленного опыта заключил, что произведение из погрешностей измерения этих величин не может быть меньше определенной предельно малой величины. Такой величиной является квант действия, введенный в физику Планком, знаменитая постоянная «аш». Сравнение с ней показывает, относится ли изучаемое явление к макромиру, для описания которого достаточно уравнений Ньютона и Максвелла, или к микромиру, где их не достаточно и нужно прибегать к уравнениям квантовой механики.
Так, после работ Аббе, установившего, как волновая оптика ограничивает разрешающую способность оптических приборов, Гейзенберг показал, что в мире существуют и другие ограничения, имеющие чрезвычайно глубокий характер.
Бор придал принципу неопределенности более общее значение, указав, что все величины, характеризующие динамику процессов микромира, разделяются на пары, дополняющие друг друга при описании этих процессов. К таким парам относятся не только координата и импульс, но также и некоторые другие пары физических величин. Только совокупность таких дополняющих друг друга пар дает полное описание процесса, подобно тому, как для полного описания медали необходимо иметь сведения об обеих ее сторонах. Но эти дополнительные пары, необходимые для полного описания явления, всегда являются сопряженными по Гейзенбергу. Значит, их нельзя одновременно измерить совершенно точно. Поэтому полное описание в микромире не есть абсолютно точное описание. Оно всегда остается приближенным. Приближенным не из-за неумения экспериментатора, недостатков измерительных приборов или методов измерений. Таково свойство микромира, и оно выражается в вероятностном характере событий и в существовании сопряженных пар характеристик, описывающих эти события.
Вероятностные закономерности всегда и без противоречий переходят в классические закономерности, когда по условиям опыта можно считать постоянную Планка равной нулю. Тогда обращается в нуль и минимальное значение произведения погрешностей измерения сопряженных пар. Принцип неопределенности уходит со сцены, уступая место ошибкам экспериментаторов и их приборов. Так была установлена приемлемая связь между квантовой и классической теориями. Возникла почва для сотрудничества и распределения обязанностей на их границе, определяемой величиной постоянной Планка. Этим в 1927 году было в основном закончено построение фундамента квантовой теории. Физики могли пользоваться ею, не опасаясь впасть в ошибку, и получали все новые результаты, приходя к самым удивительным предсказаниям. Все предсказания сбывались, конечно, если задача была поставлена конкретно и решена без математических ошибок. Квантовая теория продолжала развиваться.
Машина времени
Эйнштейн высоко ценил находку Гейзенберга. В 1931 году он показал, что соотношение неопределенности связывает и измерение таких величин, как энергия и время, хотя время занимает в теории особое место, родственное пространственным координатам. Это был последний конструктивный вклад Эйнштейна в фундамент квантовой физики. Впоследствии он полностью сосредоточился на создании единой теории поля, из которой, по его замыслу, должны были вытекать и квантовая механика, и теория относительности как простые следствия. К сожалению, он не достиг цели. Задача оказалась непосильной для одного человека, сколь ни велики были его гений и настойчивость. Задача не решена и сегодня, хотя теперь появились новые надежды и открылись неожиданные пути.
Эйнштейн все эти годы продолжал стимулировать других к уточнению основ квантовой механики, придумывал новые и новые мысленные эксперименты, которые, по его мнению, должны были подчеркнуть, обострить противоречия квантовой теории. Однако, как и предложенный им опыт, который должен был четко разграничить квантовые и волновые свойства света, опыт, ошибочность которого он вскрыл сам, попытки обнаружить пороки квантовой теории путем мысленных экспериментов приводили к противоположным результатам. Его друзья-оппоненты раз за разом опровергали выводы этих опытов. Подозрительная квантовая теория с каждой попыткой оказывалась все более надежной. И каждый раз очередной мысленный опыт и его анализ вели к дальнейшему развитию науки и лучшему пониманию основ квантовой механики.
В 1952 году споры о трактовке квантовой механики вспыхнули с новой силой. Толчок им дал Шредингер большой статьей «Существуют ли квантовые скачки?». В ней он снова возвращается к знаменитой дискуссии 1927 года, приводя более утонченные и отшлифованные аргументы. Широта, искусная аргументация и литературные достоинства статьи Шредингера надолго запечатлелись и вызвали замешательство в умах тех, кто, не будучи физиком, интересовался общими физическими идеями. Группа исследователей философской науки в Англии решила организовать публичную дискуссию между двумя друзьями, двумя создателями новой физики: Шредингером, отвергавшим квантовые скачки и вероятностное толкование, и Борном, впервые обосновавшим это толкование и сделавшим большой вклад в его развитие.
Дискуссия, к сожалению, не состоялась из-за болезни Шредингера. Но состоялось как бы сражение двух статей, так как Борн ответил на статью Шредингера своей — большой и общедоступной статьей. Статья Борна не потеряла актуальности и сегодня. Ее может прочитать и понять каждый. Борн писал, что в специальных вопросах, в конкретных расчетах все современные физики едины и получают близкие результаты. Расходятся они в философской трактовке проблем микромира.
Через два года, в выступлении при получении Нобелевской премии, тоже рассчитанном на широкую аудиторию, Борн, в числе других проблем, остановился на толковании квантовой механики. Он понимал, что при обсуждении квантовой механики, ее основ и методов перед широкой аудиторией нужно отталкиваться от того, что было известно ранее. Так он и поступил, углубив и расширив понятие причинности, подробно остановившись на этом, казалось бы, всем привычном понятии. Остановимся на нем и мы — оно имеет глубокое философское значение.
Большинство людей понимает причинность в науке так, как их выучили понимать это в школе учителя, которые, в свою очередь, изучали уравнения Ньютона и Максвелла. Если ты знаешь, в каком состоянии мир находится в данное мгновение, то уравнения могут сообщить о его состоянии в любое другое мгновение в будущем или в прошлом. И люди; знакомые и незнакомые с этими уравнениями, верят, что причинность заключается именно в такой жесткой математической связи будущего с настоящим и прошедшим. Эта уверенность подтверждается и повседневным опытом. Если человек сломал палку, у него окажется два ее куска. Никто не думает о мелких обломках, которые при этом упали на пол. Это детали, мелочи, не влияющие на связь причин и следствий. Но это рассуждение обывателя. У ученого иной подход. «Пустяки? — скажет он об обломках. — Ну, нет. Рассмотри все подробнее и опиши уравнениями процесс превращения палки в два куска. Эти уравнения учтут и мельчайшие обломки. Случайности бывают только там, где технические трудности препятствуют подробному описанию. В принципе все связано между собой. И в уравнениях будет присутствовать как целая палка (то есть прошлое), так и новые куски и обломки (настоящее)».
Мало кто решается довести эту логику до конца: значит, все предопределено! Уравнения — не
