Поворотные времена. Часть 2 - Анатолий Ахутин

Механика точки, статистика и волновая теория суть три необходимых и не сводимых друг к другу способа описания экспериментов и теоретического представления квантовой реальности. Соответственно классическая механика, статистическая физика и электродинамика вновь восстанавливаются в своих правах как самостоятельные и универсальные· теоретические миры – разные способы теоретического представления реальности вообще.

Ho что же значит это сосуществование равно истинных и все же исключающих друг друга теоретических миров-представлений, совокупность которых необходима для описания реальности? Как вообще возможна такая координация теоретических систем?

Гейзенберг напоминает в этой связи одно по видимости простое и тем не менее редко продумываемое до конца обстоятельство. «Если мы описываем группу связей, – говорит он, – с помощью замкнутой связной системы аксиом, определений и законов, что, в свою очередь, может быть представлено в виде математической схемы, то мы фактически изолируем и идеализируем эту группу связей – с целью их научного изучения. Ho даже если достигнута полная ясность, то всегда остается еще неизвестным, насколько точно соответствует эта система понятий реальности»170. «Изолируем и идеализируем»: экспериментально (искусственно) изолируем и теоретически идеализируем определенную группу связей (а не группу явлений), которую мы, собственно, и изучаем в качестве сущностных структур природы. В этом – главное.

Всякая теория строится на абстракции, на целенаправленном отборе из бесконечного богатства опыта определенного типа связей. Понятия теории непосредственно схематизируются в этих связях, образующих мир идеальных объектов, предметный мир теории. Ньютоновскую механику можно с этой точки зрения представить как единый большой эксперимент, начатый трудами Галилея, – эксперимент, практически преобразующий и теоретически рассматривающий природу под определенным углом зрения, при определенных условиях, а именно так, как если бы ее можно было представить движением и взаимодействием точечных масс171. Электродинамика, строящаяся на экспериментах иного рода, изолирующая иного рода связи (полевые), задает свой угол зрения, свою возможность идеализации реальности, предельно развернутую в теории относительности.

Ясно, что возможность такого понимания истории физики – прямое следствие уяснения «логической ситуации» квантовой механики. Именно здесь оказалось крайне важным понять, что всякая теоретически объективная (классическая) картина, всякий мир объектов есть результат практической (технической) абстракции, идеализируемой в теории изоляции одних возможных связей реальности за счет других. Мы видим, как крепко связаны здесь анализ понятий, философское осмысление природы научного мышления и концептуализации истории науки. Об этой связи я, собственно, и толкую в данной статье.

Вся сложность в том, что существенное различие историко-научных концепций Эйнштейна и Гейзенберга – отнюдь не столкновение их личных взглядов. Противоборство этих «историй» коренится глубоко в природе самого теоретического мышления. Оно поэтому, как мы уже отмечали, присуще историко-научным размышлениям самого Гейзенберга. Координация замкнутых систем при описании реальности, – связанная с принципом дополнительности, – никак не исключает картины их последовательной субординации на основе принципа соответствия. Современная теоретическая физика развивается целиком под знаком «великого объединения» в смысле общей теории поля и эрлангенского понимания истории теоретических систем. Понятие замкнутых систем в концепции Гейзенберга не столько разрушает, сколько усложняет этот классический образ развития физики и делает его многомерным.

Ясно, что рациональная реконструкция истории физики Гейзенберга, как и «Эволюция физики» Эйнштейна и Инфельда, сама является идеализацией, предназначенной для того, чтобы кое-что понять в этой истории, а не просто ее описывать. Насколько они не исчерпывают возможности подобной реконструкции, показывает, например, история классической физики в представлении Луи де Бройля, которую я вкратце изложу, чтобы оттенить оригинальность концепции Гейзенберга еще с одной стороны.

Исходной точкой для де Бройля была та же квантовая механика, но его позиция дала ему особую точку зрения, столь же классически ориентированную, как и позиция Эйнштейна, но содержательно иную. В его реконструкции развитие физических понятий обнаруживает неожиданные стороны.

Отправную точку де Бройль находит в понятии кванта действия. Установив возможность с помощью этого понятия связать воедино корпускулярное и волновое представления движения, де Бройль кладет в основу исторической реконструкции само понятие действия. Эта путеводная нить позволяет ему усмотреть истоки подобного объединения в недрах аналитической механики. Вся история классической физики предстает в его глазах как «введение в квантовую физику»172. Развитие физики оказывается рядом последовательных приближений, ступеней, прямо ведущих к созданию волновой механики.

С самого начала он замечает принципиальную независимость кинематических и динамических определений в ньютоновской механике. Развитие аналитической механики, в особенности в трудах У. Гамильтона и К. Якоби, направлено на устранение этой независимости путем выдвижения на первый план понятий энергии и действия (величины, выражающейся произведением канонически сопряженных величин: энергии на время, импульса на путь). С этой точки зрения открытие кванта действия только подтвердило необходимость связи кинематических и динамических определений, а значит, и верность именно такого пути построения механики.

Анализируя эквиэнергетические семейства траекторий движения материальных точек в постоянном силовом поле, Якоби описывает движение механической системы так, что его уравнения оказываются в ближайшем соответствии с уравнениями геометрической оптики, описывающими лучевое распространение волн173. В результате обнаруживается любопытная аналогия между механическим принципом наименьшего действия Мопертюи и принципом наименьшего времени Ферма. «…Теория Якоби, – пишет де Бройль, – очень прозрачно намекает на идею о сходстве траектории частиц с лучом некой волны, отождествляя интеграл действия частицы с волновым интегралом Ферма, так что принцип наименьшего действия совпадает с принципом минимального времени»174.

В развитии оптики также можно усмотреть соответствующую эквивалентность двух физически различных моделей – корпускулярно-лучевой теории Декарта – Ньютона и волновой теории, берущей начало в работах X. Гюйгенса и после работ О. Френеля в начале XIX в. получившей доминирующее значение.

В итоге новая «волновая механика» может быть понята как точка слияния этих разнородных течений теоретической мысли, как тот синтез, который впервые позволил понять природу их глубокого родства175. Основные «классические» ступени, ведущие к новой механике, грубо говоря, таковы:

1) связь кинематических и динамических определений в принципе наименьшего действия;

2) связь геометро-оптического представления механики (Якоби) с волновой оптикой путем сближения принципа наименьшего действия с принципом наименьшего времени;

3) переход от механики точки к механике системы как новой «единицы», представленной точкой в конфигурационном пространстве (что связывает аналитическую механику со статистической физикой в формулировке Дж. Гиббса).

Словом, все уже было готово, и стоило только Планку перейти от частного случая квантования энергии излучения к общему принципу квантованности действия, как обнаружилось, что «весь аппарат аналитической механики как бы уже был готов воспринять новый принцип квантования»176.

Заметим, что, подобно Эйнштейну, и де Бройль как бы спотыкается о принцип дополнительности Бора. Значение и смысл его де Бройль хорошо понимает. «Совсем не очевидно, – пишет он, – что мы можем описать физические явления с помощью одной одинаковой картины или одного единственного представления нашего ума»177. Между тем теоретик вынужден работать именно с такого рода идеализациями. «Таковы понятия строго локализованной частицы и строго монохроматической волны. Однако вполне возможно, что эту идеализацию… нельзя никогда строго применить к реальным процессам. Чтобы описать всю совокупность реального мира, возможно, необходимы последовательно две (или больше) идеализации для одного-единственного понятия… Мы не можем избежать привлечения двух идеальных образцов»178.