Избранные научные труды
Шрифт:
Вот один из парадоксов Эйнштейна, изложенный в его статье «Квантовая механика и действительность» (1948), вариации которого встречаются в его более ранних и более поздних работах 1. Если система, состоящая из двух электронов (которые когда-то находились в физическом взаимодействии), характеризуется посредством волновой функции, то связанное с измерением первого электрона воздействие изменяет состояние второго электрона даже тогда, когда он очень далеко удалился от первого электрона. Эйнштейн в этих утверждениях, соответствующих содержанию квантовой механики, усматривает парадокс, так как они несовместимы с принципом близко действия, предполагающим существование независимых реальностей в двух отдалённых друг от друга местах пространства. Разрешение этого парадокса, по мнению Эйнштейна, состоит в признании того, что современная квантовая механика даёт неполное и непрямое описание реальности, которое позже должно
1 А. Эйнштейн. Квантовая механика и действительность. Собр. научн. трудов, т. Ill, М., 1966, стр. 612 (см. также комментарий к статье 44); А. Эйнштейн. Автобиографические заметки. Собр. научн. трудов, т. IV, М., 1967, стр. 259.
Однако с этим разрешением парадокса согласиться нельзя; вернее парадокса здесь нет, и это показал Бор, хотя его рассуждения не являются вполне удовлетворительными с точки зрения уточнённой терминологии и аргументации последних его работ 2.
2 Об изложении своих идей в полемике с Эйнштейном 30-х годов Бор пишет: «Перечитывая теперь эти строки, я глубоко сознаю неудовлетворённость и неуклюжесть выражения моих мыслей и чувствую, что эти недостатки изложения должны были сильно затруднять понимание хода моих рассуждений» (статья 72, стр. 427).
Эйнштейн был прав, когда импульсные и пространственные характеристики атомного объекта (квантовое состояние) признавал объективными, иначе говоря, существующими независимо от воспринимаемых человеком показаний прибора; однако он ошибался, когда по сути дела отождествлял эти характеристики с классическими представлениями. Импульсные и пространственные характеристики относятся не к объекту самому по себе, а к объекту в определённых условиях, фиксируемых приборами различных типов; квантовое состояние относится к потенциальным возможностям взаимодействия между объектом и прибором. Философская подоплёка этого положения вещей заключается в том, что атомный объект ведёт себя ни как классическая частица, ни как классическая волна, а как материальная система, своеобразно объединяющая свойства частиц и волн. Рассмотренное Эйнштейном взаимодействие таких двух атомных объектов, а также взаимодействие между атомным объектом и прибором, качественно отлично от всех взаимодействий частиц или полей, которые знает классическая физика, и это отражается квантовой механикой.
Взаимодействие, о котором говорил Эйнштейн в своем парадоксе, это — взаимодействие не силовое, но Эйнштейн признавал только силовые взаимодействия, и в этом, как отметил В. А. Фок, заключалась его ошибка 1. Несиловым взаимодействием является также взаимодействие между прибором и объектом в квантовой механике. Соответственно с этим отпадает вопрос о контролируемости и неконтролируемости этого взаимодействия (он не имеет смысла) в квантовой механике; по Фоку, здесь речь идёт не о взаимодействии в собственном смысле слова, а о «логической взаимосвязи между квантовым и классическим способом описания на стыке между той частью системы, которая описывается квантовомеханически, (объектом) и той частью, которая описывается классически (прибором)»2.
1 См. В. А. Фок. Замечания к творческой биографии Альберта Эйнштейна. «Успехи физических наук», 1956, LIX, вып. I, 116.
2 В. А. Фок. Замечания к статье Бора о его дискуссиях с Эйнштейном. «Успехи физических наук», 1953, LXVI, вып. 4, 601.
В комментируемой статье Бора эта последняя точка зрения ощущается довольно определённо; в ней явственно видно борение понятий, которые со временем уйдут со страниц его работ, с понятиями, точнее отвечающими содержанию квантовой механики, соответствующими установленному и проверенному на опыте математическому аппарату. Об этом свидетельствует тот факт, что понятие «неконтролируемости» — и другие с ним связанные — уступают место мысли о том, что поведение атомных объектов невозможно резко отграничить от их взаимодействия с прибором, понятие дополнительности чётко определяется без ссылки на «неконтролируемость», ряд парадоксов, предложенных Эйнштейном, разбирается таким образом, что идея двойственности частица—волна играет ведущую роль и т.д.
Заканчивается статья замечанием о трудностях взаимопонимания между философами и физиками, а также физиками различных школ, и высказывается мнение, что корень затруднений, несомненно, может иногда лежать в предпочтении определённой терминологии, соответствующей тому или другому подходу. Если иметь в виду, что Бор обращал серьёзное внимание на необходимость крайней осторожности во всех вопросах терминологии, то из сказанного — без всяких «но» — явствует, что Бор считал весьма важным вопрос о философских установках при рассмотрении проблем науки. Не случайно здесь же он говорит о «глубоких истинах», представляющих такие утверждения, что противоположные им
3 Статья 72, стр. 432.
73 Измерения поля и заряда в квантовой электродинамике [102]
См. комментарий к статье 39.
74 Процессы захвата и потери электронов тяжёлыми ионами при их прохождении через вещество [112]
Тяжёлые заряженные частицы, проходя через вещества, теряют энергию главным образом за счёт неупругих столкновений со связанными электронами атомов тормозящего вещества. Этот процесс приводит к непрерывному уменьшению энергии частиц по мере продвижения через тормозящую среду. Когда скорость частицы становится настолько малой, что происходит захват электронов, скорость потери энергии уменьшается, хотя торможение продолжается. В рамках нерелятивистской квантовой механики вопрос о торможении был впервые рассмотрен Гоунтом 1, отказавшимся от применяемого Бором рассмотрения атома как осциллятора. Но Гоунт рассмотрел только случай, когда частица далека от атома, и не нашёл существенных отклонений от классической картины Бора. Последовательно квантовомеханическую теорию, основанную на теории возмущений в борновском приближении, дал Бете в 1930 г. 2 Относительные достоинства классической и квантовой формул выяснились благодаря работе Блоха 3 (1933 г.), выполненной при содействии Бора.
1 F. Gaunt. Proc. Cambridge Phil. Soc., 1927, 23, 732.
2 Н. Веthе. Ann. Phys., 1930, 5, 325.
3 F. Bloch. Ann. Phys., 1930, 16, 285.
75 Открытие Ридбергом спектральных законов [117]
Доклад, прочитанный 1 июля 1954 г. в Лундском университете на юбилейной конференции по атомной спектроскопии, посвящённой столетию со дня рождения Ридберга.
Иоганн Роберт Ридберг (1854—1919) —видный шведский физик. В 1879 г. окончил Лундский университет, где впоследствии работал научным сотрудником и профессором. Наиболее важные его работы относятся к систематике атомных спектров. Установил общую закономерность в спектрах элементов (комбинационный принцип Ридберга—Ритца). Его именем названа входящая в формулы спектральных серий постоянная R. Спектральные закономерности сыграли существенную роль в разработке Бором квантовой теории строения атома, наведя его на идею о дискретных энергетических уровнях атома. На основании этой теории Бор установил связь между постоянной Ридберга и квантом действия Планка.
76 Альберт Эйнштейн: 1879—1955 [118]
Бор неоднократно подчёркивал большую роль, которую Эйнштейн сыграл не только в развитии теории относительности, но и квантовой физики. Вспоминая многолетнюю дискуссию с Эйнштейном по принципиальным вопросам квантовой механики, Бор в 1961 г. в Москве в Институте физических проблем говорил: «Ответы на многие вопросы, в свое время вызывавшие ожесточённые дискуссии, в наши дни известны каждому начинающему. А мне хочется сегодня, когда Эйнштейна уже нет с нами, сказать, как много сделал для квантовой механики этот человек с его вечным, неукротимым стремлением к совершенству, к архитектурной стройности, к классической законченности теорий, к единой системе, на основе которой можно было бы развивать всю физическую картину. В каждом новом шаге физики, который, казалось бы, однозначно следовал из предыдущего, он отыскивал противоречия, и противоречия эти становились импульсом, толкавшим физику вперёд. На каждом новом этапе Эйнштейн бросал вызов науке, и, не будь этих вызовов, развитие квантовой физики надолго бы затянулось»4.
4 См. Б. Г. Кузнецов. Эйнштейн и Бор, в кн. «Этюды об Эйнштейне». М., Изд-во «Наука», 1970, стр. 327, 328.
77 Единство знаний [124, 135]
Статья своим содержанием ярко демонстрирует тот факт, что известная часть естествоиспытателей на Западе находит философию нашей эпохи не в традиционных материалистических, идеалистических, позитивистских системах, а в общих концепциях современного естествознания.
Выдвинутая Бором философская идея дополнительности, которая принесла богатые плоды в атомной физике, применяется её автором к исследованию некоторых принципиальных вопросов биологии, проблем, относящихся к взаимоотношению науки и искусства, науки и религии, некоторых социологических вопросов, психологии, в частности, проблемы свободы воли, вопросов национальной культуры — таков примерно перечень проблем, о которых говорится в статье.