книги из ГПНТБ / Кузнецов, Б. Г. Этюды об Эйнштейне

1

В1937 г. Нильс Бор приехал в Америку, посетил Принстон и встретился с Эйнштейном. Сразу начался, вернее возобновился, спор о квантовой механике. Этот спор продолжался почти непрерывно с 1927 г., с первого Сольвеевского конгресса. Эйн­ штейн по-прежнему не соглашался с вероятностным характером основных закономерностей мироздания, с утверждением, будто «бог играет в кости». На этот раз дискуссия приняла своеобразную форму: Эйн­ штейн и Бор спорили, каких взглядов на квантовую механику придерживался бы Спиноза. Голландский гранильщик оптических стекол был приглашен в каче­ стве арбитра, вероятно, по инициативе Эйнштейна,— ведь Спиноза был властителем его дум. Во всяком случае, Бор согласился вызвать великую тень Спи­ нозы и представить на ее суд коренные проблемы

физики.

Вмешательство Спинозы в спор Эйнштейна и Бора могло существенно изменить противостоявшие одна другой физические концепции. Можно представить себе, что апелляция к Спинозе заставила и Эйнштей­ на и Бора перевести спор в плоскость самых общих контроверз, сопоставимых по общности с понятиями, введенными Спинозой. Было бы, вероятно, интересно написать гипотетический диалог между Эйнштей­ ном, Бором и Спинозой, но смертному не дано уга­ дывать слова бессмертных и не следует вкладывать свои догадки в их уста. Однако некоторые догадки —

422

не гипотетические тексты, а догадки о логических связях между концепциями Спинозы, Эйнштейна и Бора — вытекают с некоторой вероятностью из сопо­ ставления концепций.

Такой догадкой является обобщение «вантового со­ отношения микроскопических и макроскопических по­ нятий. Это соотношение состоит в физической непол­ ноценности представления о чисто квантовых свойст­ вах частицы без дополнительного представления о макроскопическом теле, т. е. теле с гарантирован­ ными классическими свойствами. Как известно, кван­ товая механика в общем случае отказывает электро­ ну, или другой микрочастице, в определенной траек­ тории и определенной скорости. Квантовая механика в своем негативном смысле отвергает определенную пространственно-временную локализацию частицы и, с другой стороны, отвергает определенный импульс и энергию частицы. Таким образам, классическое представление о движении падает. Согласно этому представлению — в его наиболее общей и точной форме — частица обладает в каждый момент тремя определенными пространственными координатами, причем этот момент можно отсчитывать от некоторого начального момента, представить как четвертую, вре­ менную координату и, таким образом, присвоить ча­ стице четыре координаты, определяющие мировую точку — пространственно-временную локализацию ча­ стицы, ее локализацию в четырехмерном пространст­ венно-временном континууме. Совокупность мировых точек частицы образует ее мировую линию. Форма мировой линии зависит от взаимодействия частицы с другими частицами, от обмена энергиями и импуль­ сами с другими частицами; в изменении формы миро­ вой линии и выражается взаимодействие частиц.

423

Подобное представление о движении частицы от точ­ ки к точке и от мгновения к мгновению и об опреде­ лении движения частиц их взаимодействием подго­

утверждениях теории относительности, которые счи­ тались в первой половине столетия наиболее важными.

Квантовая механика, казалось, разбила этот клас­ сический мир, составленный из мировых линий тож­ дественных себе частиц. Но он вышел из испытания преображенным. Все дело в том, что соотношения квантовой механики лишены смысла без классическо­ го представления о движении. Квантовая механика обладает позитивным содержанием, она указывает условия и пределы классических представлений, и эти указания лишены смысла без классических поня­ тий. Квантовая механика рисует картину взаимодей­ ствия частицы с большим, макроскопическим, клас­ сическим телом, например с диафрагмой, прочно установленной и заведомо неподвижной.

Квантовая механика — это не только учение о квантовых объектах, у которых корпускулярные свой­ ства сочетаются с волновыми и которые поэтому не могут обладать определенной пространственно-вре­ менной локализацией и определенными взаимодейст­ виями, определенными энергиями и импульсами. Квантовая механика — это учение о специфических взаимодействиях таких квантовых объектов с класси­ ческими объектами, которые вводят в картину мира несколько размытые, но тем не менее реальные миро­ вые линии и восстанавливают, правда не абсолютную, а конституционно-ограниченную власть классического представления о природе.

Более того. Только теперь классическое представ­

424

ление о природе приобретает физическую содержа­ тельность. Требование физической содержательности было самым тяжелым требованием для классической картины мира. В сущности оно никогда не было удов­ летворено. Когда Декарт отождествил тело с занятым им местом и, соответственно, вещество — с прост­ ранством, науке так и не удалось ответить на вопрос: чем отличается физический объект от геометриче­ ского, тело от места, вещество от пространства? Де­ карт не ответил на этот вопрос, он снял его. Но тем самым понятия тела и движения потеряли физиче­ ский смысл. С развитием атомистики вопрос был за­ дан в несколько иной форме, он прозвучал так: чем отличается частица от мировой точки, чем отличается движение частицы от мировой линии, чем отличается физический мир от пусть четырехмерной, но все же четырехмерно-геометрической схемы мировых линий?

Вопрос этот задавался в сотне различных форм — мы сейчас привели только одну, соответствующую на­ шему столетию. И ответ на этот вопрос давали в са­ мых различных формах. В общем, дело сводилось к тому, что физическое тело, в отличие от чисто геомет­ рического образа, в принципе способно воздейство­ вать на органы чувств и быть объектом физического эксперимента. Квантовая механика раскрыла главное условие возможности экспериментальной регистра­ ции частицы: последняя взаимодействует с классиче­ ским объектом. Вместе с тем квантовая механика об­ наруживает физический характер такого взаимодей­ ствия, она отмечает неопределенность сопряженных переменных, неопределенность либо положения, ли­ бо импульса или же времени, либо энергии. Такая неопределенность связана с характером взаимодейст­ вия частицы и макроскопического объекта. В послед­

425

нем счете она демонстрирует физическую реальность движения частицы.

Мировая линия показывает, как должна двигаться частица. Но чтобы мы знали, что речь идет не просто о переходе от одной мировой точки к другой, а о пе­ реходе частицы, о ее переходе из одной точки в дру­ гую, нужна квантовая демонстрация физического вза­ имодействия частицы с классическим прибором. В этом смысле квантовая неопределенность субстан­ циализирует мировую линию.

Во второй половине нашего столетия физика при­ близилась к миру очень высоких энергий, к процес­ сам, происходящим в очень малых пространственновременных областях, порядка 1 0 -13 с м и 10~24 с е к , а может быть, и значительно меньше. Когда построят ускорители порядка нескольких сотен миллиардов электронвольт, мы, вероятно, получим однозначную картину таких процессов. По-видимому, это уже не релятивистский мир непрерывных движений тождест­ венных себе частиц, а ультрарелятивистский мир, где возникают и исчезают частицы известных нам (а ско­ рее всего, и неизвестных еще) типов.

Здесь можно высказать предположение, которое обладает очень большой вероятностью. Картина эле­ ментарных трансмутаций в пространственно-времен­ ных клетках порядка 1 0 -13 см и 1 0 -24 с е к или мень­ ше не будет обладать физическим смыслом без кар­ тины непрерывных движений тождественных себе частиц, определенных типов, без картины мировых линий. В самом деле, понятие трансмутации означает, что частица одного типа превращается в частицу ино­ го типа. Но тип частицы означает определенную фор­ му мировой линии, выражающую массу, заряд, спин и т. д. Это — макроскопическое понятие.

426

Отсюда следует, что принцип физического бытия объекта, принцип субстанциального существования, принцип физической содержательности исходных по­ нятий картины мира становится более явным в науке второй половины столетия (насколько можно предви­ деть ее развитие), чем в квантовой механике, создан­ ной в 1927 г. Дальше мы пока не пойдем, нам пред­ стоит позже совершить переход от физических прог­ нозов, обладающих некоторой вероятностью, к более произвольным квазифизическим конструкциям, име­ ющим лишь иллюстративное значение. Сейчас следу­ ет остановиться на позиции Спинозы как условного участника и арбитра принстонской дискуссии Эйн­ штейна и Бора.

На его основных идеях мы остановимся во втором параграфе. Сейчас только отметим, что с точки зре­ ния современной физики главной идеей Спинозы яв­ ляется идея субстанции, отличающейся от картезиан­ ского пространства, отождествленного с веществом. Отметим также, что с точки зрения современной фи­ зики понятие субстанции у Спинозы представляется важнейшей для X V II в. реализацией принципа бытия.

В очерке «Относительность и дополнительность» сравнительно подробно говорилось о функции бытия. Мировая линия частицы представляет такую функ­ цию, если она включает дискретные вариации, от ко­ торых зависит не поведение, а само существование частицы, ее отличие от геометрического объекта '. Понятие функции бытия может быть обобщено в том смысле, что ряд физических концепций прошлого, на­ чиная с сНпатеп Эпикура, оказываются антецеден­ тами этого понятия. Но оно может быть обобщено и

' См. стр. 355—356 и 361—372.

427

в другом, более глубоком смысле. Спиноза в предель­ но общей форме поставил вопрос о физическом не­ картезианском бытии. Он перешел от картезианского каузального анализа поведения тел к каузальному анализу их существования. Сопоставление функции бытия оо спинозовским учением о бытии отличается от поисков ранних антецедентов современного поня­ тия. При подобном сопоставлении современное поня­ тие мировой линии, заполненной ультрамикроскопическими вариациями, оказывается модификацией бо­ лее общего принципа бытия. Необходимость такого представления о современном понятии и, соответст­ венно, эвристическая ценность сопоставления совре­ менных концепций с учением Спинозы вытекают из эйнштейновского критерия «внутреннего совершен­ ства». Это вовсе не натурфилософская тенденция. Речь идет о физических идеях, требующих «внешне­ го оправдания» в эксперименте, да и сам принцип бы­ тия требует от физических понятий принципиальной возможности экспериментальной проверки. Но в со­ временных поисках физически содержательной еди­ ной концепции необходимым критерием выбора слу­ жит возможность логически вывести конкретную концепцию из максимально общего исходного прин­ ципа.

Отметим, что при сопоставлении учения Спинозы о субстанции с современными концепциями, меняют­ ся оба полюса сопоставления. Общий принцип кон­ кретизируется, приобретает принципиальную возмож­ ность экспериментальной проверки, становится физи­ ческим, получает потенциальное «внешнее оправда­ ние». С другой стороны, раскрывается смысл (возра­ стает «внутреннее совершенство») новейшей модифи­ кации. В гипотетическом принстонском разговоре

428

Спиноза узнал бы много нового о действительном смысле понятий субстанции, атрибута и модуса. Но и его сравнительно молодые собеседники узнали бы от Спинозы немало нового о том, «играет ли бог в ко­ сти», и о смысле понятий существования, дополни­ тельности, неопределенности и относительности. Тень Спинозы была вызвана в Принстоне именно для того, чтобы пролить свет на указанные понятия и про­ блемы.

Ограничимся этими предварительными, вводными замечаниями и перейдем к модификации принципа бытия в логических конструкциях Спинозы, в реля­ тивистской и в квантово-релятивистской физике.

2

К написанному Спинозой в 1663 г. изложению фило­ софии Декарта издатель Людвиг Мейер приложил согласованное с автором предисловие, в котором от­ мечены главные пункты отличия идей Спинозы от идей Декарта. В качестве одного из таких пунктов указано отрицание границ познания. В физике Декар­ та не было непознаваемых процессов, все они своди­ лись к перемещению частей гомогенной материи, отождествленной с пространством. Но за пределами физики Декарта оставалась его метафизика, где фи­ гурировала свободная, лишенная каузальных основа­ ний воля человека и, с другой стороны, остающаяся вне каузального объяснения божественная воля. У Спинозы нет никакой мыслящей субстанции поми­ мо протяженной субстанции, и эта субстанция пости­ жима разумом. Непротяженная субстанция, фигури­ рующая в метафизике Декарта, не вмешивается в

429