Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
Деякі вчені й письменники, наприклад Фритьоф Капра65, привітають ті сторони квантової механіки, які, як
вони вважають, дають можливість примирити наукове пізнання з більше тонкими проблемами нашого існування. Я б
теж радувався, якби вважав таку можливість реальної, але думаю, що це не так. Квантова механіка неймовірно
важлива для фізики, але я не можу виявити в ній якихось одкровень, що стосується життя людини, принципово
отличающихся від тих, які нам відомі в рамках ньютоновской фізики.
Тому що ці питання усе ще викликають спори, я запросив для їхнього обговорення двох добре відомих особистостей.
64
Діалог про зміст квантової механіки
Крихта Тім6) Я думаю, квантова механіка - чудова наука. Мені ніколи не подобалося, що в ньютоновской
механіці, знаючи положення й швидкість кожної частки в цей момент, ви можете повністю пророчити майбутнє
поводження системи, так що при цьому не залишається місця ні для вільної волі, ні взагалі для особливої ролі людей. В
квантовій механіці всі ваші пророкування розпливчасті й імовірнісні, ніщо не перебуває в певному стані до
тих пор, поки людські істоти не зроблять акт спостереження. По-моєму, щось схоже говорили деякі
східні мистики.
Дядюшка Скрудж. Э-Э! Я, може бути, і поміняв свою думку щодо Різдва, але нісенітницю-те я завжди довідаюся. Звичайно,
в електрона немає певних значень положення й швидкості в той самий момент часу, але це просто означає, що
такі величини не підходять для опису електрона. У кожний момент часу й електрон, і будь-який колектив часток
мають хвильову функцію. Якщо є людина, що спостерігає частки, то й стан всієї системи, включаючи людини,
описується хвильовою функцією. Еволюція хвильової функції так само детермінована, як і орбіти часток в
ньютоновской механіці. Насправді вона ще більш детермінована, тому що рівняння, що визначають те, як хвильова
функція міняється згодом, занадто прості, щоб мати хаотичні рішення66. Так де ж твоя вільна
воля?
Крихта Тім. Мене вражає, що ви відповідаєте настільки ненауковим образом. Хвильова функція не представляє
об'єктивної реальності, тому що її не можна виміряти. Наприклад, якщо ми спостерігаємо, що частка перебуває тут, ми не в
силах із цього укласти, що хвильова функція до спостереження мала нульове значення там; у неї могли бути будь-які
значення тут і там і нам просто пощастило виявити частку тут, а не там у результаті акту спостереження. Але
якщо хвильова функція не реальна, то чому ж ви надаєте так багато значення тому, що вона еволюціонує
детермінованим образом? Усе, що ми коли-або можемо виміряти, це величини типу положення, імпульсу або спина,
і для них ми можемо одержати тільки імовірнісні пророкування. При цьому доти, поки яка-небудь людина не
втручається для того, щоб виміряти ці величини, ми взагалі не можемо сказати, що частка перебуває в якімсь
певному стані.
Дядюшка Скрудж. Хлопчик мій, схоже, ти проковтнув без усякої критики народжену в дев'ятнадцятому столітті
доктрину, називану
6) См.: Диккенс Ч. Рождественська пісня в прозі / Пер. Т. Озерской // Диккенс Ч. Пригоди Оливера
Твісту. Повісті й розповіді. М: Художня література, 1969 (Бібліотека всесвітньої літератури. Серія
друга. Т. 82). - Прим. з.
65
позитивізмом, що затверджує, що наука повинна мати справу тільки з тими речами, які можна реально
спостерігати. Згодний, що в жодному експерименті неможливо виміряти хвильову функцію. Ну й що? Багато разів
повторивши виміру для того самого початкового стану, ти можеш довідатися, який повинна бути хвильова функція
цього стану й застосовувати результати для перевірки наших теорій. Чого ж ще вимагати? Тобі, насправді, потрібно
привести свої думки у відповідність із двадцятим століттям. Хвильові функції реальні настільки ж, наскільки реальні
кварки й симетрії: їх просто зручно включити в наші теорії. Будь-яка система перебуває в певному стані,
незалежно від того, спостерігає її яка-небудь людська чи істота ні; стан описується не своїми
положенням або імпульсом, а хвильовою функцією.
Крихта Тім. Не думаю, що мені варто сперечатися про те, що реально, а що ні, з тим, хто проводить вечори, прогулюючись із
парфумами. Дозвольте мені тільки нагадати вам серйозну проблему, з якої зіштовхуєшся негайно, як тільки
представляєш, що хвильова функція реальна. Ця проблема була згадана під час тієї атаки на квантову механіку,
яку почав Эйнштейн на Сольвеевском конгресі 1933 р. у Брюсселі, а потім в 1935 р. була викладена їм
письмово в знаменитій статті разом з Борисом Подільським і Натаном Розеном. Представте систему, що складається з
двох електронів і приготовлену таким чином, що в якийсь момент часу електрони перебувають на відомому
великій відстані друг від друга й мають відомий сумарний імпульс. (Це не порушує співвідношення
невизначеностей Гейзенберга. Наприклад, можна з будь-якою бажаною точністю виміряти відстань між електронами,
пославши від одного до іншого пучок світла дуже короткої довжини хвилі; це, звичайно, спотворить імпульс кожного з електронів,
але в силу закону збереження імпульсу, не змінить їхній повний імпульс.) Якщо потім хтось вимірює імпульс першого
електрона, то імпульс другого також можна негайно знайти, оскільки відомо суму імпульсів. З іншого боку,
якщо хтось вимірює положення першого електрона, то й положення другого стає негайно відомим, тому що
обмірювано відстань між ними. Але все це означає, що спостерігаючи стан першого електрона, ви можете миттєво
змінити хвильову функцію, так що другий електрон стане мати певне положення або певним
імпульсом, навіть незважаючи на те, що ви й близько не підходили до другому електрону. І що ж, ви продовжуєте
наполягати на реальності хвильової функції, яку можна міняти таким способом?
Дядюшка Скрудж. Я готовий все це прийняти. Точно так само, мене не турбує проблема з виконанням закону
спеціальної теорії відносності, що забороняє поширення сигналів зі ско-
66
ростью, більшої швидкості світла; немає ніякого протиріччя й із цим законом. У фізика, що вимірює імпульс
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]
У світі фізики
Наука та техніка