Гейзенберг. В. Кроки за обрій

Але труднощі, внутрішньо властиві матеріалістичному вченню про атоми, що виявилися вже в античних дискусіях про дрібні частки матерії, виявилися з усією визначеністю й у розвитку фізики нашого сторіччя. Насамперед вони пов'язані із проблемою нескінченної подільності матерії. Так звані атоми хіміків виявилися складеними з ядра й електронів. Атомне ядро було розщеплено на протони й нейтрони. Чи не можна — неминуче встає питання — піддати подальшому розподілу й елементарні частки? Якщо відповідь на це питання стверджувальний, то елементарні частки — не атоми в грецькому змісті слова, не неподільні одиниці. Якщо ж негативний, то слід пояснити, чому елементарні частки не піддаються подальшому розподілу. Адже дотепер завжди зрештою вдавалося розщепити навіть ті частки, які протягом довгого часу вважалися дрібними одиницями; для цього було потрібно тільки застосувати досить більші сили. Тому напрошувалося припущення, що, збільшуючи сили, тобто просто збільшуючи енергію зіткнення часток, можна зрештою розщепити також і протони й нейтрони. А це, як видно, означало б, що до межі розподілу дійти взагалі не можна й що дрібних одиниць матерії зовсім не існує. Але перш ніж приступитися до обговорення сучасного розв'язку цієї проблеми, я повинен нагадати ще про одні труднощі.

Ці труднощі пов'язана з питанням: чи представляють собою дрібні одиниці звичайні фізичні об'єкти, чи існують вони в тому ж змісті, що й камені або квіти? Виникнення квантової механіки приблизно 40 років тому створило тут зовсім нову ситуацію. Математично сформульовані закони квантової механіки ясно показують, що наші звичайні наочні поняття виявляються двозначними при описі дрібних часток. Усі слова або поняття, за допомогою яких ми описуємо звичайні фізичні об'єкти, як, наприклад, положення, швидкість, колір, величина і т.д., стають невизначеними й проблематичними, як тільки ми намагаємося віднести їх до дрібних часток. Я не можу тут вдаватися в деталі цієї проблеми, що настільки часто обговорювався в останні десятиліття. Важливо тільки підкреслити, що звичайна мова не дозволяє однозначно описати поведінку дрібних одиниць матерії, тоді як математична мова здатна недвозначно виконати це.

Новітні відкриття в області фізики елементарних часток дозволили розв'язати також і першу з названих проблем — загадку нескінченної подільності матерії. З метою подальшого розщеплення елементарних часток, наскільки таке можливо, у післявоєнний час у різних частинах Землі були побудовані більші прискорювачі. Для тих, хто ще не усвідомив непридатності наших звичайних понять для опису дрібних часток матерії, результати цих експериментів видалися разючими. Коли зустрічаються дві елементарні частки з надзвичайно високою енергією, вони, як правило, дійсно розпадаються на шматочки, іноді навіть на багато шматочків, однак ці шматочки виявляються часток, що не менше розпалися на них. Незалежно від наявності, що є в наявності ( аби тільки вона була досить висока) у результаті подібного зіткнення завжди виникають частки давно вже відомого виду. Навіть у космічному випромінюванні, у якому при деяких обставинах частки можуть мати енергію, у тисячі раз переважаючої можливості самих більших з існуючих нині прискорювачів, не було виявлено інших або більш дрібних часток. Наприклад, можна легко виміряти їхній заряд, і він завжди або дорівнює заряду електрона, або представляє кратну йому величину.

Тому при описі процесу зіткнення краще говорити не про розщеплення часток, що зустрічаються, а про виникнення нових часток з енергії зіткнення, що перебуває згідно із законами теорії відносності. Можна сказати, що всі частки зроблені з однієї первосубстанції, яку можна назвати енергією або матерією. Можна сказати й так: першесубстанція «енергія», коли їй трапляється бути у формі елементарних часток, стає «матерією». Таким чином, нові експерименти навчили нас тому, що два, по видимості суперечних один одному твердження: «матерія нескінченно ділена» і «існують дрібні одиниці матерії» — можна сполучити, не впадаючи в логічне протиріччя. Цей разючий результат ще раз підкреслює той факт, що нашими звичайними поняттями не вдається однозначно описати дрібні одиниці. У найближчі роки прискорювачі високих енергій розкриють безліч цікавих деталей у поведінці елементарних часток, але мені представляється, що той відповідь на запитання прадавньої філософії, який ми тільки що обговорили, виявиться остаточним. А якщо так, то чиї погляди підтверджує ця відповідь — Демокрита або Платона?

Я гадаю, сучасна фізика з усією визначеністю вирішує питання на користь Платона. Дрібні одиниці матерії насправді не фізичні об'єкти у звичайному змісті слова, вони суть форми, структури або ідеї в змісті Платона, про яких; можна говорити однозначно тільки мовою математики. І Демокрит, і Платон сподівалися за допомогою дрібних одиниць матерії наблизитися до «єдиного», до об'єднуючого принципу, якого підкоряється перебіг світових подій. Платон був переконаний, що такий принцип можна виразити й зрозуміти тільки в математичній формі. Центральна проблема сучасної теоретичної фізики полягає в математичному формулюванні закону природи, що визначає поведінку елементарних часток. Експериментальна ситуація змушує зробити висновок, що задовільна теорія елементарних часток повинна бути одночасно й загальною теорією фізики, а стало бути, і всього стосовного до фізики.

Таким шляхом можна було б виконати програму, висунуту в новітній час уперше Ейнштейном: можна було б сформулювати єдину теорію матерії,- що значить квантову теорію матерії,- яка служила б загальною підставою всієї фізики. Поки ж ми ще не знаємо, досить чи для вираження цього об'єднуючого принципу тих математичних форм, які вже були запропоновані, або ж їх буде потрібно замінити ще більш абстрактними формами. Але того знання про елементарні частки, яким ми розташовуємо вже сьогодні, безумовно, досить, щоб сказати, яким повинне бути головний зміст цього закону. Суть його повинна полягати в описі невеликого числа фундаментальних властивостей симетрії природи, емпірично знайдених кілька десятиліть назад, і, крім властивостей симетрії, закон цей повинен містити в собі принцип причинності, інтерпретований у змісті теорії відносності. Найважливішими властивостями симетрії є так звана Лоренцова група спеціальної теорії відносності, що містить найважливіші твердження щодо простору й часу, і так звана ізоспінова група, яка пов'язана з електричним зарядом елементарних часток. Існують і інші симетрії, але я не стану тут говорити про них. Релятивістська причинність пов'язана з Лоренцовой групою, але її слід уважати незалежним принципом.

Ця ситуація відразу ж нагадує нам симетричні тіла, уведені Платоном для зображення основних структур матерії. Платонівські симетрії ще не були правильними, але Платон був прав, коли вірив, що в осередку природи, де мова йде про дрібні одиниці матерії, ми знаходимо в остаточному підсумку математичні симетрії. Неймовірним досягненням було вже те, що античні філософи поставили вірні питання. Не можна було очікувати, що при повній відсутності емпіричних знань вони зможуть знайти також і відповіді, вірні аж до деталей.

Гейзенберг. В. Кроки за обрій.

М., 1987. С. 107-119

3. Свідомість