Избранные научные труды

Бор Нильс Хенрик Давид

При первых попытках подойти к решению этой проблемы пытались максимально сохранить принципы классической механики до тех пор, пока они не приходили в прямое противоречие с наиболее яркими квантовыми эффектами. На этом пути удалось внести известную ясность в значительное число физических наблюдений и, в частности, дать предварительное описание связи электронов в атомах, способное объяснить замечательную и известную из химии взаимосвязь между свойствами элементов. Однако вскоре стало очевидным, что всестороннего объяснения атомных явлений можно достичь только путём последовательного и более гармоничного обобщения положений классической физики, которое подобно ньютоновским работам должно сопровождаться решительным пересмотром основ всей механики.

Решающий прогресс в этом направлении был достигнут благодаря направленным

усилиям ряда выдающихся физиков нашего времени, причём некоторые из числа тех, которые выдвинули наиболее смелые и глубокие идеи, сделали это, будучи такими же молодыми, как и Ньютон, когда он сформулировал свои фундаментальные принципы. Как теперь хорошо известно, метод, которым было достигнуто желаемое обобщение ньютоновской механики, состоит в интерпретации кинематических и динамических переменных классических уравнений движения как линейных операторов и связывании постоянной Планка исключительно с некоммутативностью произведений двух любых сопряженных переменных. Прямым следствием этого формализма явилась невозможность прежней простой интерпретации сразу обеих сопряженных переменных при описании физических явлений. Вместо этого устанавливалась взаимосвязь между степенями их определённости, которая нашла свое количественное выражение в принципе неопределённости Гейзенберга. Теории Ньютона и Максвелла являются двумя альтернативными аспектами всей этой схемы, известной в целом как квантовая механика, и связаны в ней с подкупающей последовательностью и простотой. Квантовая механика позволила нам разобраться в огромном количестве экспериментальных фактов аналогично тому, как ранее это достигалось с помощью теорий классической физики.

Решительный отказ от привычных представлений при трактовке физических явлений и, в частности, коренной пересмотр концепции причинного описания и даже отказ от отчётливой образности в пространстве и времени естественно породили сомнения в том, удовлетворяет ли квантовая механика всем требованиям, предъявляемым к теории, претендующей на полное описание. Однако нужно иметь в виду, что, коль скоро речь идёт об определённых квантовых эффектах, мы сталкиваемся в атомной физике с совершенно новой ситуацией, когда принципиально невозможно провести чёткое разграничение между внутренними свойствами объектов и их взаимодействием с измерительными приборами, которые необходимо использовать для самого обнаружения этих свойств. Разумеется, мы говорим здесь не о каком-то произвольном отказе от фундаментального ньютоновского положения о равенстве сил действия и противодействия, а только о невозможности точного учёта реакции объекта па воздействие измерительного прибора в условиях, когда для этой цели используются такие же самые объекты.

В самом деле, очень трудно согласиться с тем, что под экспериментом понимается просто некоторая ситуация, при которой мы можем непосредственно найти условия, необходимые для повторяемости изучаемого явления. Таким образом, при рассмотрении этих условий не возникает вопроса об отступлении от ньютоновского метода описания системы и, в частности, уместно подчеркнуть, что под часами, которые наряду с масштабами используются для пространственно-временного описания, понимается просто некоторое устройство, работа которого полностью описывается в рамках классической механики без учёта каких бы то ни было квантовых эффектов.

При подобных обстоятельствах первостепенное значение приобретают вопросы терминологии, точно так же как было и в случае основополагающих работ Ньютона. По существу все недоразумения возникают вследствие использования выражений типа «возмущение явлений посредством их наблюдения», — фразы одинаково непримиримой с любым недвусмысленным значением самих слов «наблюдение» и «явление». Действительно, при любой трактовке понятия «доказательство» под словом «явление» следует просто подразумевать полное описание как экспериментального устройства, так и наблюдаемых результатов. Это отнюдь не противоречит статистической природе результатов измерений, на которую только и претендует квантовая механика.

Известный парадокс, относящийся к кажущейся несовместимости свойств объекта, наблюдаемого при различных экспериментальных условиях, находит в рамках этого подхода свое объяснение во взаимоисключаемости необходимого для этих наблюдений экспериментального оборудования, и, в частности, весь произвол в интерпретации

квантовой механики сводится к нашему праву выбирать для наблюдений те или иные приборы, примером чему может служить то, с какой широтой и изобретательностью делал это сам Ньютон. Хотя изучаемые в квантовой физике явления уже не могут быть связаны обычным образом, можно сказать, что они являются дополнительными друг к другу в том смысле, что только вся их совокупность исчерпывает свойства, присущие объекту, который допускает недвусмысленное определение. По существу концепция дополнительности представляет собой разумное обобщение самой идеи причинности.

Причина столь пристального внимания к этому вопросу состоит в том, что здесь мы получаем всеобщий урок подхода к интерпретации явлений, значение которого подобно ньютоновской механике выходит далеко за пределы самой физики. Глубокую аналогию с тем, что происходит в атомной физике, можно проследить особенно рельефно на примере одной проблемы наблюдения, с которой мы сталкиваемся в психологии. Так, при самоанализе всегда возникает вопрос о разграничении между разумным анализом и тем фоном, на котором он происходит. Это сходно с необходимостью различать при атомных исследованиях изучаемые объекты и приборы измерения. Говоря более конкретно, взаимоотношение между понятиями «мысли» и «эмоции» полностью аналогично дополнительному смыслу кинематических и динамических переменных в квантовой механике. В частности, степень произвола может быть переведена на наш язык просто как выражение именно того факта, что те ситуации, в которых можно говорить о свободе воли, и те, в которых разумно предпринять какой бы то ни было логический анализ психического состояния, являются взаимоисключающими.

Здесь мы особенно остро сталкиваемся с проблемой нашего собственного места в природе, к которой было приковано такое пристальное внимание Ньютона в последние годы его жизни. В этой связи прежде всего необходимо подчеркнуть, что говорить о позиции ученого в таких выражениях, как рационализм и мистицизм, весьма двусмысленно. Действительно, в беспримерной борьбе за гармонию формы и содержания нам всегда придется сталкиваться с изменяющимися границами тех областей познания, в которых удалось до какой-то степени разобраться. В этом отношении, конечно, чрезвычайно интересно, что анализ и синтез в атомной теории, которая в известной степени имеет дело с простейшими объектами во всём человеческом познании, столь серьёзно напомнили нам Старую мудрость, что в великой драме жизни мы являемся одновременно и актёрами, и зрителями.

Я опасаюсь, что, говоря всё это, возможно слишком сильно отклонился от нашей основной темы. Заканчивая, я чувствую, что должен попросить прощения за то, что не смог, подобно предыдущим ораторам, воспользоваться этим замечательным случаем для того, чтобы сообщить вам новые сведения из неисчерпаемого научного наследства, оставленного Ньютоном потомству, изучение которого требует познаний о состоянии науки и философии в его время, куда более глубоких, чем те, которыми я обладаю. Однако я надеюсь, что сумел передать вам свое впечатление о том неиссякающем вдохновении, которое работы Ньютона и по сей день вселяют во все начинания на пути развития науки в самом широком смысле этого слова. Пользуясь представившимся сейчас случаем, когда интернациональный характер этих начинаний проявился столь впечатляюще и радушно, я хочу искренне признаться в том, как много значила для меня счастливая возможность ранних и близких контактов с великой английской школой физиков, столь блестяще продолжающей традиции, непревзойдённым идеалом которых был сам Ньютон.

1947

70 ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ ^*

^*Problems of Element ary-particle Physics. «Reports of an International Conference on fundamental particles and low temperature, held at the Cavendish Laboratory, Cambridge, on 22—27 July 1946». London, 1947, vol. I, Fundamental Particles, p. 1—4.

В качестве введения следует вкратце упомянуть о классической теории электрона и, в частности, заметить, что простое рассмотрение электрона как заряженной точечной массы ограничивает в принципе описание явлениями, в анализе которых не встречается величина размерности длины, сравнимая или меньше, чем так называемый классический радиус электрона