Квантовая теория и раскол в физике

Поппер Карл Раймунд

ны, нам доступно и то, что корпускулярное описание и волновое описание не-

совместны. Оба эти способа описания необходимы, хотя и несовместимы. Этим

очерчивается предел, до которого может распространяться наше понимание.

Это окончание пути, но в совершенно ином смысле слова, чем гейзенбергов-

ский (хотя как Бор, так и Гейзенберг соглашались в том, что наше понимание

мира требует обновления).

Однако отстаиваемая Н. Бором идея связи принципа дополнительности с

"корпускулярно-волновым

дуализмом" не получила поддержки после того, как

была принята интерпретация, предложенная М. Борном, квадрата модуля вол-

новой функции как вероятности обнаружения соответствующей частицы. Это

означало фактически, что корпускулярная интерпретация стала фундаменталь-

ной. С этого момента в копенгагенском лагере воцарился хаос. Мюррей Гел-

Манн, один из немногих физиков, кто осмеливался критиковать Бора, вероятно

слишком грубо выразил это, сказав, что "после того промывания мозгов, кото-

рое устроил физикам Нильс Бор, целое поколение теоретиков стало полагать, что дело (т.е. адекватное философское истолкование квантовой механики) было

сделано 50 лет тому назад" [13]. Я лично думаю, что подавляющее большинст-

во физиков, включая теоретиков, просто мало утруждало себя этой проблемой, полагаясь на Бора в тех вопросах, где они не чувствовали себя компетентными.

Бор поддерживал тезис окончания пути в ходе его великой дискуссии с

Эйнштейном. О том, что этот тезис был в центре их дискуссии, сейчас забыли, но это становится ясным из знаменитой статьи Эйнштейна, Подольского и Ро-

зена [14].

IV

Однако еще до появления этой статьи, в 1932 г. была опубликована книга

И. фон Неймана "Die mathematische Orundlagen der Quantenmechanik" (Матема-

12

тические основание квантовой механики), книга очень трудная (по крайней ме-

ре для меня). В этой книге фон Нейман дал математическое доказательство, призванное раз и навсегда установить финальный характер квантовой механи-

ки, показать, что в этой теории достигнута конечная цель физического исследо-

вания. Он доказывал, что ошибались все те, кто, подобно Эйнштейну, полагал, что за слоем физической реальности, представленным квантовой механикой, лежит более глубокий слой.

Чтобы сделать свое доказательство совершенно общим, фон Нейман ввел

ставшее впоследствии знаменитым понятие "скрытых переменных". "Скрытая

переменная" – это все, что должна учитывать атомная теория (конечно же, включающая теорию атомного ядра), но не принимается во внимание кванто-

вой механикой. Фон Нейман доказал (или мы считаем, что доказал), что скры-

тые параметры невозможны в квантовой механике, или, иными словами, дока-

зал, что

существование "скрытых переменных" противоречит квантовой меха-

нике.

Однако так случилось, что в год публикации его книги были открыты две

новые частицы: нейтрон и позитрон.

Не были ли они до открытия "скрытыми переменными"? Если нет, то чем

они были?

В конце концов, квантовая механика – не абстрактный физический фор-

мализм, а теория чего-то очень конкретного: атомов, их структуры, состоящей

из положительно заряженного ядра и оболочки из отрицательно заряженных

электронов. Квантовая механика объясняет, по крайней мере в принципе, весь-

ма конкретные свойства химических элементов.

В 1931 г. еще предполагали, что атом состоит только из двухматериаль-

ных частиц – электрона и протона. Кроме того, предполагалась, конечно, нема-

териальная частица – фотон. Все атомные структуры объяснялись в этих тер-

минах, причем атомные ядра также строились из них, правда, принцип этого

построения оставался неизвестным.

Но уже в 1932 г. были открыты позитрон и нейтрон. В 1933 г. Паули об-

13

народовал на Сольвеевской конференции в Брюсселе свою идею существования

другой частицы, для которой Ферми предложил название "нейтрино".

Имеет смысл кратко обсудить причины, по которым ведущие физики не

увидели в этих открытиях опровержения их установки считать квантовую ме-

ханику в соответствии, скажем, с формулировкой фон Неймана, конечным

пунктом пути физического познания (endg"ultig) и полной теорией (vollst"anding).

(а) Позитрон. Имеются основания утверждать, что открытие позитрона

было на первых порах весьма неохотно воспринято Бором, Гейзенбергом, Шре-

дингером, а также Эддингтоном. Однако, когда стало ясно, что это открытие не

может быть опровергнуто, оно, думаю справедливо, было объявлено успехом

квантовой механики в той форме, в которой эта теория была изложена Дира-

ком. Ибо действительно Дирак получил, исходя из своей теории, предсказание

существования положительно заряженной частицы. Он полагал, что его пред-

сказание относится к протону. Но оно лучше соответствовало позитрону. Так

что возникло хорошее основание объявить, что позитрон не только не опровер-

гает квантовую механику, но, наоборот, подтверждает ее [15].

(б) Чадвик со своим нейтроном доставил меньше хлопот. Нейтрон мог бы

рассматриваться как состоящий из протона и электрона. Оказалось, однако, что

возникает серьезная трудность: теория – квантовая механика – не справляется с