Квантовая теория и раскол в физике - Поппер Карл Раймунд - Страница 4

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 двух материаль-

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 (endgültig) и полной теорией (vollständing).

(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

объяснением такого строения нейтрона. Пришлось принять существование но-

вой частицы, которая вероятно возникает либо в процессе совместного перехо-

да протона и электрона в нейтрон, либо при эмиссии позитрона из протона.

(Было интересно прочитать в одной из недавних статей Р.М. Сантилли, что эта

"первая структурная модель нейтрона" оживает в его теории "разрешающей те

технические проблемы, которые в свое время привели к отказу от этой модели"

[16].)

Автор говорит, что " все трудности возникали из-за предпосылки, соглас-

но которой атомная механика" (так Сантилли именует квантовую механику) применима в пределах нейтрона, и что эти трудности исчезли, когда стала ис-

пользоваться обобщенная механика.

14

(в) Вполне понятно, что люди, верящие в окончание пути (а к таковым

тогда принадлежал Паули), уже не были поражены открытием нейтрино (прав-

да, нейтрино тогда, по сути дела, не было еще открыто – тогда это была чисто

спекулятивная частица), хотя открытие должно было бы рассматриваться как

еще одна "скрытая переменная". Сейчас, однако, они неосознанно изменили

свою позицию, в том числе и свое представление о скрытых переменных. Пер-

воначально под названием "квантовая механика" выступала теория атома

(включая атомное ядро, само собой разумеется). Особенно это было ясно в

контексте дискуссии Бора, Гейзенберга и других с Эйнштейном. Теперь же

главным образом благодаря Гейзенбергу, Борну, Йордану, Шредингеру, а также

Дираку, Гордону, Клейну имя квантовой механики становится просто названи-

ем высокоэффективного математического формализма, причем формализма, который, возникнув в качестве теории движения отрицательного электрона в

поле положительного ядра, находит все более и более широкое применение.

Этот формализм, однако, очень сильно изменился и шагнул далеко за пределы

первоначальной теории Гейзенберга, Борна и Иордана – теории, трактовавшей-

ся как осуществленная цель физики.

(г) После того как в 1935 г. Юкава предсказал новую частицу, позднее на-

званную мезоном, ее поиск привел к открытию нескольких разных мезонов. Но

ни одна из этих частиц, как и многие другие элементарные частицы, не рас-

сматривалась в виде того, что раньше обозначалось как "скрытая переменная".

Причем это продолжалось и после того, как "скрытые переменные" освободи-

лись от первоначального постулата фон Неймана, по которому их роль – вос-

становление детерминизма в теории, постулата, который некоторые, включая

меня, с самого начала рассматривали как невыполнимый.

Тем временем квантовая механика разрослась. Но ее название более или

менее сохраняют, поскольку эта теория сохранила ряд характерных принципов

(соотношения коммутации, соотношения неопределенностей Гейзенберга, принцип запрета Паули). В итоге оно применяется к квантовой электродинами-

ке, квантовой теории поля и даже к квантовой хромодинамике и к теориям, 15

вводящим новые квантовые числа, т.е. то, что раньше называлось "скрытыми

переменными". Таким образом, защита Бором тезиса о полноте квантовой ме-

ханики (т.е. тезиса окончания пути) в его полемике с Эйнштейном осталась в

силе и после того, как сама теория радикально изменилась, а ее неполнота стала

слишком очевидной, чтобы быть предметом крупных интеллектуальных столк-

новений.

Возможно теория изменилась не в том направлении, на которое надеялся

Эйнштейн. Но не в этом состоял главный предмет его полемики: Эйнштейн ни-

когда не был догматически настроен даже в отношении тех теорий, которые он

решительно поддерживал.

Догматизм был инкриминирован ему теми, кто вроде Гейзенберга (в ци-

тированном выше пассаже из предисловия к переписке Эйнштейна и Бора) на-

стаивал на тезисе окончательности квантовой механики и после того, как новые

и, по-видимому, уже не столь приветствуемые революции показали, что до

конца еще далеко.

Выше я упоминал Сантилли и хочу сказать, что он – один из представи-

телей нового поколения – движется в ином направлении. Я весьма далек от то-

го, чтобы преуменьшать вклад гигантов, создававших квантовую механику –

Планка, Эйнштейна, Бора, Борна, Гейзенберга, де Бройля, Шредингера, Дирака.

Высоко оценивает работу этих людей и Сантилли. Однако, что характерно, он