Эволюция физики

Инфельд Леопольд

Пойдёт ли дальнейшее развитие по линии, избранной в квантовой физике, или же более вероятно то, что в физику будут введены новые революционные идеи? Не сделает ли дорога прогресса вновь крутой поворот, как она часто делала это в прошлом?

За последние несколько лет все трудности квантовой физики сконцентрировались вокруг нескольких принципиальных пунктов. Физика нетерпеливо ожидает их разрешения. Однако невозможно предсказать, когда и где эти трудности будут преодолены.

Физика и реальность

Какие

общие выводы можно сделать из развития физики, обрисованного здесь в общих чертах, представляющих лишь наиболее фундаментальные идеи?

Наука вовсе не является коллекцией законов, собранием несвязанных фактов. Она является созданием человеческого разума, с его свободно изобретёнными идеями и понятиями. Физические теории стремятся образовать картину реальности и установить её связь с обширным миром чувственных восприятий. Таким образом, единственное оправдание построений нашего разума состоит в том, образуют ли и каким путём образуют такое звено наши теории.

Мы видели новые реальности, созданные прогрессом физики. Но эту цепь создания можно проследить и позади, далеко за отправной точкой физики. Одним из самых первичных понятий является понятие объекта. Понятия дерева, лошади, любого материального тела — это творения, созданные на основе опыта, хотя восприятия, из которых они возникают, примитивны по сравнению с миром физических явлений. Кошка, терзающая мышь, тоже создаёт мышлением свою собственную примитивную реальность. Тот факт, что кошка всегда реагирует одинаковым образом по отношению к любой встречающейся ей мыши, показывает, что она создаёт понятия и теории, которые руководят ею в её собственном мире чувственных восприятий.

Понятие «три дерева» есть нечто отличное от понятия «два дерева». А понятие «два дерева» отлично от понятия «два камня». Понятия отвлечённых чисел 2, 3, 4…, свободные от объектов, с которыми они связаны, суть создания мыслящего разума, описывающего реальности нашего мира.

Психологическое субъективное чувство времени позволяет нам упорядочить наши впечатления, установить, что одно событие предшествует другому. Но связать каждый момент времени с числом, рассматривать с помощью часов время как одномерный континуум — это уже изобретение. Таковы же понятия евклидовой и неевклидовой геометрии и наше пространство, понятое как трёхмерный континуум.

Физика фактически начинается с введения понятий массы, силы и инерциальной системы. Все эти понятия суть свободные изобретения. Они приводят к формулировке механистической точки зрения.

Для физика начала XIX столетия реальность нашего внешнего мира состояла из частиц, между которыми действуют простые силы, зависящие только от расстояния. Он старался сохранить, насколько возможно, свою веру в то, что ему удастся объяснить все события в природе с помощью этих основных понятий реальности. Трудности, связанные с отклонением магнитной стрелки, трудности, связанные со структурой эфира, внушили нам мысль создать более утончённую реальность. Появилось важное изобретение — электромагнитное поле. Нужно было смелое научное воображение, чтобы осознать, что не поведение

тел, а поведение чего-то находящегося между ними, т. е. поля, может быть существенно для упорядочения событий и для их понимания.

Позднейшее развитие науки разрушило старые понятия и создало новые. Абсолютное время и инерциальная система координат были отброшены теорией относительности. Ареной всех событий были уже не одномерное время и трёхмерный пространственный континуум, а четырёхмерный пространственно-временной континуум, другое свободное изобретение, с новыми свойствами преобразования. В инерциальной системе больше не было нужды. Любая система координат оказалась одинаково пригодной для описания явлений природы.

Квантовая теория раскрыла новые и существенные черты нашей реальности. Прерывность встала на место непрерывности. Вместо законов, управляющих индивидуальностями, появились вероятностные законы.

Реальность, созданная современной физикой, конечно, далеко ушла от реальности прежних дней. Но цель всякой физической теории по-прежнему одна и та же.

С помощью физических теорий мы пытаемся найти себе путь из лабиринта наблюдённых фактов, упорядочить и постичь мир наших чувственных восприятий. Мы желаем, чтобы наблюдённые факты логически следовали из нашего понятия реальности. Без веры в то, что возможно охватить реальность нашими теоретическими построениями, без веры во внутреннюю гармонию нашего мира не могло бы быть никакой науки. Эта вера есть и всегда останется основным мотивом всякого научного творчества. Во всех наших усилиях, во всякой драматической борьбе между старым и новым мы узнаём вечное стремление к познанию, непоколебимую веру в гармонию нашего мира, постоянно усиливающуюся по мере роста препятствий к познаванию.

Подведём итоги.

Богатое разнообразие фактов в области атомных явлений опять вынуждает нас изобретать новые физические понятия. Вещество обладает зернистой структурой; оно состоит из элементарных частиц — элементарных квантов вещества. Зернистую структуру имеет электрический заряд, и, что самое важное с точки зрения квантовой теории, зернистую структуру имеет и энергия. Фотоны — это кванты энергии, из которых состоит свет.

Является ли свет волной или потоком фотонов? Является ли пучок электронов потоком элементарных частиц или волной?

Эти фундаментальные вопросы навязаны физике экспериментом. В поисках ответа на них мы должны отказаться от описания атомных явлений как явлений в пространстве и времени, мы должны ещё дальше отступить от прежнего механистического воззрения. Квантовая физика формулирует законы, управляющие совокупностями, а не индивидуумами. Описываются не свойства, а вероятности, формулируются не законы, раскрывающие будущее системы, а законы, управляющие изменениями во времени вероятностей и относящиеся к большим совокупностям индивидуумов.

1938