книги из ГПНТБ / Философия и физика [сборник статей]

Б. Я. ПАХОМОВ

О КРИТЕРИЯХ ВЫБОРА МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ

ИНТЕРПРЕТАЦИЯМИ

КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

Как хорошо известно, А. Эйнштейн, будучи великим пре­

образователем естествознания XX в., в то же самое время не принял квантовую механику в ее известной ныне форме

и в ее интерпретации, данной И. Бором и В. Гейзенбергом.

«Принципиально неудовлетворительным в этой теории,—

писал А. Эйнштейн, — на мой взгляд, является ее отношение к тому, что я считаю высшей целью всей физики: полному описанию реального состояния произвольной системы (суще­

ствующего, по предположению, независимо от акта наблюде­ ния или существования наблюдателя)» [3, с. 296]. Не сомне­ ваясь в том, что в пределах своей применимости вероятност­

ные предсказания квантовой механики прекрасно согласуют­ ся с наблюдениями, А. Эйнштейн не мог поверить в то, что

физики «раз и навсегда должны отказаться от идеи прямого

изображения физической реальности в пространстве и вре­

мени» и согласиться с мнением, будто «явления в природе подобны азартным играм» [4, с. 238].

История многолетних дискуссий А. Эйнштейна с Н. Бором

по принципиальным вопросам квантовой механики весьма

поучительна [см. 8]. Принято считать, что в этой полемике

А. Эйнштейн был неправ, однако, к сожалению, далеко не всегда имеется стремление выяснить, в чем же именно и по­ чему ученый такого масштаба, как А. Эйнштейн, неправ, ка­

ким образом он мог «не понять» квантовую механику.

72

Дело в том, что квантовая механика вносила изменения радикального характера не просто в систему физических

представлений, а в систему основных исходных понятий,

основных исходных идеализаций, лежавших на самом фун­

даменте физической науки, в том числе и тех исходных идеа­ лизаций, которые были общими для классической и реляти­

вистской физики.

Концептуальной основой классической физики выступа­

ли такие понятия, как понятие материальной точки, движу­

щейся по определенной траектории, обладающей в каждый момент времени строго определенными (в принципе) значе­

ниями всех сопоставляемых с нею физических величин. Разу­

меется, введение понятия материальной точки, приписывание

ей абсолютно определенного (в принципе), точечного, так

сказать, положения в пространстве в любой определенный (точечный) момент времени и т. д. — все это были идеали­

зации. Но это были как раз того рода идеализации, которые,

как это подчеркивал В. И. Ленин, позволяют понимать при­

роду глубже, вернее, полнее [см. 2, с. 152]. Важнейший прин­

цип физического описания в классической релятивистской

физике А. Эйнштейн охарактеризовал как «прямое изобра­

жение физической реальности в пространстве и времени»

средствами теории. Другими словами, физическая теория

отражала действительные процессы, и если даже пред­

сказание относилось к будущему, рассматривались будущие

действительные процессы.

А. Эйнштейн, как это с полной очевидностью следует из

анализа его работ [см., напр., 5], исходил из фундаменталь­

ной для всей классической физики методологической и миро­ воззренческой предпосылки — идеализации, в соответствии с которой любому объекту постоянно присущ набор качествен­

но и количественно определенных (абсолютно определенных)

свойств, отражаемых полным набором физических величин.

Мы можем не знать, импульс или координату частицы, можем

измерять их с той или иной степенью точности, но опреде­

ленные значения всех физических величин всегда присущи

объекту.

В силу этого А. Эйнштейн считал программным принцип,

гласящий, что «существует нечто вроде «реального состоя­ ния» физической системы, существующего объективно, неза­

висимо от какого бы то ни было наблюдения или измерения,

73

основных исходных идеализаций — понятий. — Б. П.). <...>.

Никто, например, не сомневается в том, что центр тяжести

Луны в некоторый наперед заданный момент времени зани­ мает вполне определенное положение даже в том случае,

если нет никакого (реального или потенциального) наблюда­

теля» [6, с. 624]. Отказ от этого общего принципа, как счи­

тал А. Эйнштейн, неотвратимо ведет к солипсизму Ісм.. там же], т. е. к мировоззренческим и методологическим уста­

новкам, несовместимым с естествознанием.

Сколь ни было диковинным и непривычным, что масса

тела, интервал длины и времени в теории А. Эйнштейна ока­

зались относительными величинами, само понятие относи­

тельности к системе отсчета не было чуждым классической физике. Сколь ни было бы революционным изменение пред­

ставлений о пространстве и времени в специальной, а затем

и в общей теории относительности, по-прежнему сохраняли

силу идеализации материальной точки, ее движения по опре­

деленной траектории, вполне определенных значений всех

физических величин (хотя бы и относительных к системе отсчета). В классической физике, равно как и в релятивист­ ской, неизвестно такое положение вещей, когда объекту

невозможно приписать определенные значения ряда физиче­ ских величин (т. е. определенные физические свойства), если

фактически не было осуществлено соответствующее измере­

ние. Причем нельзя приписать, даже гипотетически — как не­ известные нам, но реально присущие объекту значения.

Вспомним в этой связи полное глубокого драматизма

возражение А. Эйнштейна в адрес копенгагенской интерпре­

тации, которое В. Гейзенберг передает следующими слова­

ми: «...даже если ее утверждения относительно вероятностей атомных процессов вполне правильны, эта интерпретация все-

таки не дает никакого описания того, что происходит на σaмом деле, независимо от наблюдений или между нашими на­ блюдениями. Что-нибудь должно ведь, однако, происхо­

дить— в этом мы можем не сомневаться. <...> Нельзя до­

пустить, что квантовая физика относится к акту наблюде­

ния» [9, с. 116].

Сама такая постановка вопроса исходит из фундамен­ тальной для классической физики методологической предпо­

сылки, что любому объекту постоянно присущ определенный

набор качественно и количественно вполне определенных

свойств. Мы можем не знать некоторые из них, но они всегда

присущи объекту. Эта предпосылка выступает и лейтмотивом

74

известной статьи А. Эйнштейна, Б. Подольского и Н. Розена

основой всякого физического знания, всякой физической тео­ рии [см. также 10]. Можно было спорить о чем угодно дру­

гом, но казалось немыслимым представить себе объект без

определенных значений всех присущих ему физических вели­

чин в любой момент времени, т. е. без определенных свойств.

Естественно, это представлялось обязательным и для кван­

товых процессов, тем более, что в рамках квантовой механи­

ки измерение все же дает определенные (в принципе абсо­ лютно определенные) значения соответствующих физических

величин. Если измерение позволяет эти значения получить, то кажется парадоксальным утверждение, что частица ими не обладала до измерения.

Осознание ограниченности системы фундаментальных идеа­ лизаций, лежавших в основе самого способа описания физи­ ческих процессов в классической науке и отражавших весьма

общие особенности реальной действительности на макроско­

пическом уровне, оказалось делом нелегким. Здесь оправда­ лись слова одного известного физика: «Гораздо легче изме­

рять, чем понимать, что измеряется». В данном случае их

можно перефразировать и так: «Гораздо легче вычислять/^

чем понимать, что вычисляется». Проблема истолкования, /

интерпретации математического формализма квантовой ме- у ханики, т. е. выявления его физического содержания, стала у

ОДНОЙ ИЗ ОСНОВНЫХ методологических проблем современной

физики, породившей острые дискуссии на протяжении почти Д

полувека. ---------

Сила, устойчивость классической системы идеализации

оказалась столь большой, что надолго ведущими направле­

ниями интерпретации квантовой механики стали те направ­

ления, в которых отход от классической системы идеа­

лизаций, их неприменимость или ограниченная применимость

стали объясняться различного рода неудачными совпадения­

ми обстоятельств — техническими, психологическими, гносео­

логическими, даже лингвистическими трудностями, а вовсе не

тем, что сама классическая система идеализаций нуждалась

в пересмотре по объективным основаниям — в силу специфи­ ки микромира. В известной мере положение вещей напоми­ нало то положение, которое имело место в электродинамике

движущихся сред до появления работ А. Эйнштейна: отри-

75

цательный результат опыта Майкельсона — Морли объяснял­ ся различного рода случайным стечением обстоятельств, но не тем, что некоторые фундаментальные представления клас­

сической физики необходимо было пересмотреть в принципе.

пригодны в новой области явлений, но мы все же должны

ими пользоваться и поэтому возникает несоответствие кван­

товой механики традициям классической физики. На вопрос

о том, почему же физики должны пользоваться не совсем

подходящими понятиями, имелось богатое разнообразие от­

ветов:

а) приборы являются классическими, и поэтому мы не можем расстаться с применением классических понятий;

б) мы должны применять классические понятия потому,

что таков наш язык, мы не сможем иначе понимать друг

друга и т. п.

3. Мы не знаем и не можем знать, что происходит в про­

межутке между наблюдениями, ибо наше знание представ­ ляет собой всегда лишь описание непосредственно наблюдае­

мого (аргумент из области гносеологии позитивистского

толка).

4. Квантовомеханическое состояние не есть отражение состояния самого микрообъекта, оно представляет собой только (!?) запись состояния знаний наблюдателя (не ме­

нее сомнительное с точки зрения принципов теории познания

утверждение).

Имели место и отдельные высказывания об ограниченно­

сти самого классического стиля мышления; но первоначаль­

но они не были должным образом выделены и конкретизиро­

ваны.

Естественно возникал вопрос о том, сколько таких пред­

положений необходимо принять, чтобы достаточно полно

охарактеризовать происхождение необычных особенностей

квантовомеханического способа описания физических про­ цессов.

В работах Н. Бора и В. Гейзенберга можно найти весьма

широкий спектр различных предположений относительно

происхождения особенностей квантовомеханического способа

76

77

/как они опосредствованы.

!Эта проблема возникла именно потому, что по отноше-

'нию к математическому формализму квантовой механики

суть проблемы интерпретации квантовой механики.

Таким образом, в применении к интерпретации квантовой

механики вопрос ставится, во-первых, о различении между

правильными (в смысле формальной правильности) и непра­ вильными интерпретациями и, во-вторых, о критериях выде­

ления среди правильных интерпретаций единственной объек­

тивно-истинной интерпретации, раскрывающей в деталях,

рии, т. е. формальная правильность интерпретации, высту­

пает совершенно естественным и необходимым критерием,

которому должна удовлетворять любая интерпретация. Этот момент настолько бесспорен, что на нем можно больше не останавливаться. Понятно, что при этом математический

формализм теории мы считаем заданным и отвлекаемся от его возможных изменений в процессе развития физической науки. Заметим, что почти уже полувековой опыт развития

и применения квантовой механики достаточно подтвердил соответствие этого формализма действительности в той обла­

сти, где этот формализм применяется и где он позволяет ус­

пешно производить необходимые расчеты и предсказания.

Критерий отсутствия парадоксальности. Этот критерий

учитывает уже специфику предметной области, к которой

78

сохраняющими силу, несмотря на революцию в физике (на­

пример, принципами термодинамики, принципами теории от­

носительности, принципом причинности и т. д.). Так, при

истолковании волновой функции как прямого изображения

волновых процессов, происходящих в пространстве с течени­

ем времени, появляется парадоксальный, противоречащий

принципам теории относительности вывод о мгновенном изменении состояния поля в бесконечном пространстве (так называемые «редукция, или коллапс поля»). Если на ранней

стадии развития квантовой механики эти парадоксы (указан­

ные, в частности, в нескольких вариантах А. Эйнштейном)

рассматривались как свидетельства изъянов самой теории, то с современной точки зрения мы должны их понимать как

свидетельства изъянов той интерпретации теории, в рамках которой они возникают.

Критерий полноты. Интерпретация должна давать полное объяснение всем особенностям соотношения символов теории и объектов предметной области. Интерпретация, которая объясняет что-либо одно и не объясняет другого, недостаточ­ но полна и требует по меньшей мере дополнения новыми по­

ложениями.

Критерий соответствия общим философским принципам.

Понятно, что’проблема интерпретации теории, т. е. соотнесе­

ния ее содержания с объективной реальностью, непосредст­

венно связана с теми фундаментальными философскими принципами, в которых выражено общее решение вопроса о соотношении человеческого знания и объективной реально­

сти. В некоторых случаях при рассмотрении проблемы

интерпретации считают достаточным ввести в поле зрения

лишь тезис о существовании материи как объективной ре­ альности. Разумеется, в рамках статьи и даже книги, посвя­

щенной интерпретации квантовой механики, нет возможно­

сти достаточно полно изложить все содержание философско­ го знания, так или иначе определяющего выбор интерпрета­

ции. Тем не менее даже при самом экономном перечислении

тех философских принципов, которые непосредственно опре­ деляют выбор интерпретации, одной ссылки на объективное существование материи все же недостаточно.

Выбор той или иной интерпретации неизбежно оказывает­ ся связанным с определенной системой представлений о наи­ более общих законах существования, движения и развития

материи. Признание или непризнание специфичности качест­ венно различных форм движения материи, существования

79

уровней материи, те или иные представления о формах де­ терминизма в природе, то или иное понимание соотношения

возможности и действительности, случайности и необходимо­

сти, формы и содержания, явления и сущности — все это

может стать и становится основой принятия или непринятия тех или иных истолкований физического знания, той или иной

формы физической теории. Достаточно вспомнить еще раз зна­ менитое эйнштейновское высказывание «я не верю, что гос­ подь бог играет в кости», выражавшее отрицание фундамен­ тального характера вероятностных законов природы, чтобы

убедиться в значении общих философских представлений при выборе интерпретации.

Важнейшее значение для принятия или непринятия интер­ претации имеет не только общее признание познаваемости материи, но и конкретная система представлений о природе

и закономерностях познавательного процесса, представлений

оприроде научного знания, о принципах его построения и про­

верки на истинность. Можно, например, признавать познавае­ мость материи, но придерживаться эмпиристской концепции

познания (другое дело, насколько последовательно может в этом случае быть обоснован тезис о познаваемости мира —

узкий эмпиризм всегда вел в истории философии и науки к

агностицизму). Теория познания диалектического материа­

лизма, как известно, не является эмпиристской, поэтому ин­ терпретации, исходящие из того, что теория есть лишь описа­ ние непосредственно наблюдаемого, стрелок приборов, не мо­

жет быть принята из принципиальных соображений.

Критерий простоты. В соответствии с принятыми вообще

в науке методологическими принципами из двух возможных

вариантов решения той или иной проблемы при прочих

равных условиях выбирается наиболее простой вари­ ант. Понятно, что этот принцип должен относиться также и

к выбору интерпретации. При этом, однако, необходимо уточ­ нить, в каком именно отношении рассматривается вопрос о

простоте интерпретации.

Простота интерпретации может, во-первых, пониматься как использование минимального числа допущений, характе­ ризующих отличия физического смысла квантовых понятий от физического смысла аналогичных классических понятий.

Так, наиболее простой была бы интерпретация, в которой

вообще нет ссылки на какие-либо отличия квантовых понятий от классических (т. е. сама интерпретация в этом случае бу­

дет классической). Примером такой классической интерпре-

80