Поворотные времена. Часть 2 - Анатолий Ахутин

Словом, история науки открывается не только как пройденный путь, но как непреходящее сотрудничество. Когда физик-теоретик, вынужденный логикой своего дела озадачиться логико-философскими вопросами, вдруг находит себя участником этого векового сотрудничества мыслителей, он начинает понимать, как сама физика уходит корнями в метафизику. Более того, он начинает понимать, что взгляд на историю мысли с точки зрения прогрессирующего познания, представление этой истории как «развития естественнонаучных взглядов» – позиция не только односторонняя, но и упускающая саму суть дела, – суть того дела, которым занят человек в своих усилиях уразуметь мир и себя в нем. Здесь, в этой подспудной работе, в редкие поворотные времена определявшей все направление интеллектуальных усилий, никто уже не стоит ни на чьих плечах. Мы должны стоять на своих ногах перед лицом гигантов, уметь понимать их и отвечать им, уметь, словом, сотрудничать с ними в общем деле разумения.

В горизонте таких принципиальных проблем существенно изменяется картина истории научной мысли. Возможность такого изменения я и собираюсь пояснить здесь, опираясь прежде всего на соответствующие работы Гейзенберга147.

1. ОТКРЫТИЕ ПОНЯТИЯ

Эпистемологическая озабоченность теоретической физики первой трети века была вызвана ощущением уходящей из-под ног почвы, ощущением прыжка в пустоту. Оставим пока в стороне проблемы эйнштейновской теории относительности. Припомним, следуя Гейзенбергу, несколько шагов «над пропастью» в создании квантовой механики. Первый «монстр» появился, как известно, в лице кванта энергии. Он возник как бы случайно, в качестве едва ли не чистой условности, с помощью которой М. Планку удалось вывести формулу, выражающую закон излучения абсолютно черного тела. Вскоре, однако, прежде всего благодаря работам А. Эйнштейна по фотоэффекту и удельной теплоемкости твердых тел при низких температурах, это странное понятие неожиданно наполнилось реальностью. Следующий шаг сделал Н. Бор.

В те годы его занимала группа по видимости разнородных проблем, требовавших согласования. Во-первых, очевиднейшее и вместе с тем загадочнейшее с точки зрения механики и электродинамики: устойчивость химических элементов. Во-вторых, мир линейчатых спектров с таинственными «пифагорейскими» правилами расчета их частот. Наконец, результаты резерфордовских исследований структуры атома. Предложив свою модель атома, Бор позволил объединить и последовательно объяснить все эти факты, если не считать того, что сама эта модель представляла собой полную немыслимость с точки зрения законов электродинамики.

Модель атома со стационарными орбитами электронов отличалась наглядностью, но именно эта наглядность и сбивала с толку. Как «выглядят» орбиты, что происходит с электроном при «перескоке» с орбиты на орбиту, оставалось неясным. Частоты и интенсивности спектральных линий определялись только разностью энергетических уровней и вероятностью переходов. Поэтому Гейзенберг решил попытаться «построить квантовотеоретическую механику, аналогичную классической механике, в которую входили бы лишь соотношения между наблюдаемыми величинами»148. В 1925 г. он предложил вариант такой теории, которая вскоре в работах М. Борна, П. Йордана и самого Гейзенберга приняла законченный вид и стала именоваться матричной механикой. Математическая структура теории пришла в полный порядок, теория приобрела логически связный вид и аккуратную согласованность с экспериментальными данными. Однако интерпретация этой квантовой механики, исходя из обычных кинематических и механических представлений, оказалась невозможной. Такие понятия, как «положение», «скорость», «траектория», и связанные с ними представления о непрерывном течении событий и соответственно о причинности словно повисли в воздухе.

Мало того. В 1926 г. Э. Шрёдингер предложил свою, отличную от матричной, но математически ей эквивалентную волновую формулировку новой механики. Собственные решения волнового уравнения Шрёдингера можно было истолковать как систему стоячих электронных волн в окрестности ядра, определенным образом соответствующую системе стационарных состояний. «Столь простая интерпретация волновой механики, – замечает Гейзенберг, – оказалась, однако, невозможной. Дискуссия между Бором и Шрёдингером в сентябре 1926 г. в Копенгагене завершилась выводом, что такая интерпретация не смогла бы объяснить даже закон теплового излучения Планка. Таким образом, – заключает он, – даже в то время никто не знал, что же реально означает понятие дискретного стационарного состояния»149.

Итак, существовала совокупность экспериментов. Существовала логически непротиворечивая, математически изящная теория (даже две), корректно описывающая эксперименты. Ho – отсутствовали понятия, с помощью которых можно было бы описать объект исследования. Материальная точка, траектория, волна – это не «образы». В системе классической физики это полноценные понятия со своей логикой и онтологией, позволявшими говорить о том, что собственно мы наблюдаем и описываем. В новой механике все эти объекты превращались из «вещей», поведение которых описывается в теории, в «язык» описания неведомых «объектов». Было неясно, что же можно поставить на их место.

Такова типичная далеко не только для новейшей физики ситуация. В таких случаях пути исследователей обычно расходятся. Можно вовсе отказаться от «метафизического» дела понимания, ограничиваясь расчетом наблюдаемых величин. Co свойственной ему четкостью стиль такой работы определил П. Дирак.

«Единственная цель теоретической физики состоит в вычислении результатов, которые могут быть сравнены с опытом…» – курсивом выделил Дирак в первом издании «Основ квантовой механики»150. Работая над матричной механикой, Гейзенберг шел подобным путем, полагая, что следует методу, которым руководствовался А. Эйнштейн, закладывая основы специальной теории относительности.

Однако в это время сам Эйнштейн уже думал иначе. Началом каждой физической теории, говорится в «Эволюции физики», являются мысли, идеи, а не формулы151. Работать без понятий – значит не понимать. Главное – формирование новых понятий.

Таков второй путь. Этим путем шел Бор, и тесное общение Гейзенберга с Бором в 1926 – 1927 гг. сильно повлияло на Гейзенберга. Колоссальное значение для него имела также встреча с Эйнштейном в Берлине весной 1926 г., когда Гейзенберг рассказывал тамошним физикам о новой механике. Поясняя суть своего метода, Гейзенберг сослался на философию Эйнштейна, согласно которой-де в теорию следует включать только величины, поддающиеся непосредственному наблюдению и измерению. К удивлению Гейзенберга, Эйнштейн заявил: «Может быть, раньше я использовал и даже формулировал такую философию, но все равно она бессмысленна»152. Ведь только теория, заключил Эйнштейн, определяет, что собственно мы наблюдаем. «Этот довод, – замечает Гейзенберг, – был для меня абсолютно новым и произвел на меня тогда глубокое впечатление; позже он оказался чрезвычайно плодотворным в процессе развития новой физики»153.

Здесь-то и стоит «крест», указующий разделение путей: сочтем ли мы теорию формальным способом вычисления результатов или же формой понимания природы вещей154. Гейзенберг решительно сворачивает на второй путь. Теория мыслится им теперь как система понятий, раскрывающих то, о чем она, и что соответственно мы наблюдаем в эксперименте.

Нельзя сказать, что идея теоретического знания как понимания только теперь была осознана Гейзенбергом. Беседы с Бором и Эйнштейном лишь напомнили ему проблемы, живо обсуждавшиеся им с друзьями и коллегами в период учебы в Мюнхенском университете. В одной из первых бесед с Бором в 1922 г. речь об этом уже шла. Бор, в частности, заметил, что все эти квантовые странности можно будет понять, если только мы вдумаемся в смысл слова «понимание»155. В конце же 20-х годов Гейзенберг окончательно утвердился в том, что физическую теорию можно считать полноценной лишь в том случае, если она базируется на определенной логически связной системе понятий, в которой раскрыто то, о чем она и что в ней «описывается». Формирование новых понятий – со своим типом связей, своей онтологией, своим способом проектировать и теоретически схематизировать эксперимент – есть один из фундаментальных актов теоретического понимания природы вещей.

Если так, естественно задаться вопросом: как же формировались классические понятия, как они трансформировались, как возникали новые, как новая система понятий соотносится со старыми? Вот почему с этих пор философский анализ понятий всегда связывается Гейзенбергом с историческим анализом их формирования. «История физики, – пишет он, – не просто накопление экспериментальных открытий и наблюдений, к которым подстраивается их математическое описание; это также и история понятий»156. Или в другом месте: «История физики не есть только лишь последовательность экспериментальных открытий; она сопровождается развитием понятий или влечет его за собой… Именно неопределенность понятий принуждает физика обращаться к философским проблемам»157.