Фок В. А. Квантовая физика и философские проблемы
реклама
Нильс Бор Избранные научные труды. Т. II. Статьи 1925 -1961. Издательство «Наука». Москва, 1971 В. А. ФОК Квантовая физика и философские проблемы1 Целью настоящей статьи является разъяснение понятия относительности к средствам наблюдения как основы описания физических явлений. Указанное понятие настолько важно, что заслуживает наименования принципа относительности к средствам наблюдения. Принцип этот особенно важен для правильного понимания квантовой механики. Понятие относительности к средствам наблюдения есть в известном смысле обобщение понятия относительности к системе отчета. Оба понятия играют в соответствующих теориях — квантовой механике и теории относительности— аналогичную роль. Но в то время как теория относительности, которая опирается на понятие относительности к системе отчета, учитывает лишь движение средств наблюдения как целого, в квантовой механике необходимо учитывать и более глубокие свойства средств наблюдения. Что можно вообще сказать о средствах наблюдения? Что сюда входит? Важным является, по нашему мнению, то, что в категорию средств наблюдения входят как органы чувств человека, так и приборы. Между тем и другим нет принципиальной разницы. Например, очки исправляют дефекты глазного хрусталика, микроскопы и телескопы в огромной мере расширяют возможности наблюдения, но наблюдения с их помощью в принципе не отличаются от наблюдений невооруженным глазом. Так что и то, и другое следует отнести к одной категории. Можно сказать, что приборы являются расширением органов чувств человека. Или, если угодно, ту же мысль можно выразить так: органы чувств человека являются приборами, вмонтированными в человеческий организм. Чем характеризуются приборы в смысле способов их описания? Существенно то. что к приборам применимы классические способы описания, которые основаны на некоторых абстракциях. Мы попытаемся охарактеризовать эти абстракции. Во-первых, такой абстракцией является абсолютизация физических процессов, т. е. допущение, что они происходят «сами по себе» и не возмущаются актом наблюдении, а значит и но требуют дальнейших указаний о способах наблюдения. Как показывает квантовая механика, это допущение выполнимо лишь приближенно. Приборы характеризуются тем, что хотя, конечно, такая абсолютизация в полной мере к ним и не применима, но приближенно при описании их действия мы все-таки можем ею пользоваться. Это одно допущение. Второй абстракцией является допущение возможности исчерпывающе всестороннего описания действия данного прибора или данной системы. Такая возможность допускается, например, в классической механике. В задаче о движении системы материальных точек с заданными массами и силами взаимодействия все исчерпывается знанием координат и импульсов материальных точек: к этому нечего добавить. Этим исчерпывается все, что можно сказать о состоянии системы. Никакие дальнейшие сведения ничего нового не прибавят. Таким образом, эта идеализация, которая применяется в классической физике, означает допущение возможности одновременно судить о разных сторонах явления, по крайней мере приближенно. Применяя ее к приборам, мы должны учитывать ее приближенный характер. Чем ограничена возможность такого применения данной идеализации? Мы знаем, что применимость классического способа описания ограничена неравенствами Гейзенберга, которые устанавливают, что обстоятельства, благоприятные для наблюдения одного аспекта явления, например, для локализации объекта в пространстве координат, являются неблагоприятными для наблюдения других аспектов _____________ 1 Впервые напечатана в журнале «Вопросы философии», 1971, № 3, стр. 40. 648 явления, например, для локализации объекта в пространстве импульсов, т. е. для того, чтобы можно было приписать объекту определенные импульс и энергию. Между обоими аспектами имеется, в этом смысле, дополнительное отношение. Об этом говорит принцип дополнительности Бора. Поскольку наблюдаемость того или иного аспекта явлений есть отражение объективных свойств природы, о принципе дополнительности Бора можно говорить как о законе природы. Теперь встает важный вопрос: что является основой наших суждений о свойствах объекта? На это можно ответить так: наши суждения основаны на анализе результатов взаимодействия объекта с прибором. Средства наблюдения (приборы или органы чувств человека), допускающие классическое описание с учетом принципа дополнительности, являются необходимым посредником между нашими восприятиями и микрообъектом. На этой основе и следует строить для микрообъектов наиболее адекватные им способы описания. Для этого, прежде всего, необходимо знать внутренние свойства объекта. Исходя из предложения о тех или иных внутренних свойствах объекта и из задания внешних условий, в которых объект находится, нужно уметь судить о возможных результатах взаимодействия объекта с прибором определенного типа. Тип прибора характеризуется той величиной, какую он способен измерять. Так, прибор, способный измерять с большой точностью количество движения частицы, относится к одному типу, прибор, способный точно измерять положение частицы в пространстве, — к другому типу. Таким образом, основой наших суждений об объекте являются результаты его взаимодействия с прибором того или иного типа. Мы подчеркиваем, что, когда объект задан и состояние его задано, его можно еще привести к соприкосновению с приборами разного типа: можно заставить его взаимодействовать либо с таким прибором, который даст возможность измерять одну сторону явления (скажем, локализацию в пространстве), либо с прибором другого типа, который дает возможность измерять другой аспект явления (скажем, импульс и энергию); а то и другое вместе — невозможно. Таким образом, законы квантовой физики, которые проявляются во взаимодействии объекта с прибором, должны учитывать как возможность выбора приборов разного типа, так и потенциальные возможности реагирования объекта на включение того или иного прибора. Кроме того, сами результаты взаимодействия не обязаны быть предопределенными наперед. В самом доле, при многократном повторении опыта не обязательно должно получаться одно и то же значение измеряемой величины; в общем случае речь идет о распределении вероятностей возможных результатов взаимодействия. Уже само понятие вероятности свидетельствует о том, что речь идет о потенциальных возможностях. Другая сторона потенциальных возможностей состоит в возможности выбора приборов разного типа. Эти приборы разного типа нельзя пустить в ход совместно, и совместить большую точность в измерении дополнительных свойств невозможно; соответствующие неточности связаны неравенствами Гейзенберга. Таким образом, что следует требовать от теории? Теория должна давать распределение вероятностей для каждой доступной измерению величины, иначе говоря, для результатов взаимодействия объекта с прибором, приспособленным для измерения этой величины. Пока прибор не выбран и не приведен в действие, существуют только потенциальные возможности, совокупность которых и характеризует состояние объекта. Математическая форма законов квантовой физики должна давать адекватное отражение этих потенциальных возможностей. В квантовой механике это достигается при помощи волновой функции, которая позволяет вычислять относящиеся сюда вероятности. Как известно, эти вероятности выражаются либо прямо через волновую функцию, как квадрат ее модуля, либо после соответствующего преобра649 зования к новым переменным, как квадрат модуля преобразованной волновой функции. Естественно, что от волновой функции мы требуем выражения закона распределения вероятностей не только для одной величины, но и для двух разных, соответствующих разным приборам. Более полное описание объекта и его состояния, выражение потенциальных возможностей, реализуемых при взаимодействии объекта со средствами наблюдения — в этом состоит ее физический смысл. Это дает и ответ на вопрос: является ли квантовомеханическое описание полным. Поскольку в таком описании исчерпываются все потенциальные возможности, оно несомненно является полным. Чего же еще требовать помимо отображения всех существующих потенциальных возможностей? Таким образом, та полемика по вопросу о полноте квантовой механики, которая была начата Эйнштейном еще в 1935 году, очевидно, уже исчерпала себя, потому что теперь ответ на поставленные тогда вопросы совершенно ясен. Как отмечалось в начале, оба принципа относительности — относительность по отношению к системе отчета и относительность к средствам наблюдения — имеют, собственно говоря, одну и ту же природу. Относительность в теории пространства и времени есть относительность к системе отсчета; в квантовой же физике относительность к средствам наблюдения требует более глубокой их характеристики, учитывающей также и принцип дополнительности. И это позволяет несравненно глубже проникать в сущность явлений природы. Таким образом, по нашему мнению, принцип относительности к средствам наблюдения может оказаться применимым но только в квантовой механике, но, возможно, и в других областях знаний. В этом состоит его философское значение. 651
