Бернард Шоу

Настоящее издание книги Барбары Ловетт Клайн дополнено этой главой, написанной, подобно главе девятой, в форме диалога между двумя вымышленными физиками — Ортодоксовым и Иноверцевым. Первый из них отстаивает как окончательное понимание квантовой механики, достигнутое физиками к 1930 году. Другой, веря в вечный процесс обновления и углубления научных теорий, доказывает возможность дальнейшего развития интерпретации квантовой механики. В ходе этой беседы разъясняются вопросы, которые либо совсем не нашли отражения в книге Б. Клайн, либо получили весьма одностороннее освещение.

Иноверцев: Я рад, что мы сможем с тобой сегодня подробно обсудить вопрос о полноте и окончательности установившихся в современной физике основных воззрений. Но прежде я хочу поблагодарить тебя за присланную мне книгу Барбары Клайн. К предстоящему разговору она действительно, имеет непосредственное отношение.

Ортодоксов: Спасибо! Я тоже рад нашей встрече и возможности обменяться мнениями о значении установившихся ранее фундаментальных представлений для дальнейшего развития современной физики.

Итак, насколько я понял, тебе понравилась эта книга?

Иноверцев: Да, конечно! Мне было очень интересно и полезно совершить экскурсию по физическим факультетам и институтам начала нашего века, почувствовать ту необыкновенную атмосферу творческого поиска, в которой возникли самые смелые за всю историю физики идеи и постепенно выкристаллизовались строгие научные представления о незримом атомном мире. Ты знаешь, мы, современные физики, хорошо знакомы со всеми последовательными этапами формирования квантовомеханических представлений, но почти ничего не знаем о жизни создателей этих представлений и той научной атмосфере, в которой небольшая группа физиков буквально взламывала, казалось бы, незыблемые устои классической физики.

Ортодоксов: Вполне с тобой согласен и считаю, что мы должны быть благодарны журналистке Барбаре Ловетт Клайн за её большой труд литературного воспроизведения удивительной и захватывающей картины той неповторимой эпохи, когда природа под натиском первых же экспериментальных исследований предельно обнажила такие явные противоречия с существовавшими тогда физическими представлениями, что стала очевидной их полная непригодность как для объяснения атомных явлений, так и для построения единого фундамента всего здания физической науки. Природа как бы сама объявила для гениев того времени конкурс на разгадку конкретных тайн строения атома, гарантируя в качестве награды вновь созданные теоретические принципы положить в основу всего строения физической науки.

Физикам последующих поколений остаётся только завидовать участникам этого неповторимого конкурса на радикальную перестройку всего фундамента физики. Перед нами простираются безграничные перспективы пополнять этот фундамент новыми теоретическими открытиями, но никак не перестраивать его заново.

Кстати, а как ты считаешь, сможет ли книга Барбары Клайн вызвать такой же живой интерес среди читателей, далёких от физики?

Иноверцев: Ну, прежде всего я не предсказываю одинаковой реакции самих физиков на эту весьма интересную книгу. Среди огромной армии физиков, участвующих в сегодняшнем штурме вершин этой науки, к сожалению, немногие интересуются историей формирования современных физических воззрений. Экспериментаторы и теоретики, работающие непосредственно в области физики элементарных частиц, так глубоко погрузились в свои повседневные заботы, связанные с созданием и наладкой сложнейшей современной физической аппаратуры, с исследованиями конкретных ядерных реакций или с проведением специальных теоретических расчётов, что даже не задумываются над конечной целью своей деятельности, имеющей, я уверен, самое прямое отношение к предстоящему дальнейшему коренному пересмотру представлений современной физики на основе открытия необычных закономерностей в мире элементарных частиц. Думаю, что книга Барбары Клайн напоминанием недалёкого прошлого физики поможет учёным более полно оценить свою повседневную деятельность и осознать причастность к вечному процессу обновления самых фундаментальных представлений о мире.

Конечно, захватывающая история прошедшей в физике смены её основных воззрений не может не заинтересовать и многих людей, далёких от физики. Но особенно полезна книга для любознательной молодежи. Думаю, что молодым людям со смелым и самостоятельным образом мышления эта книга подскажет выбрать путь именно в физику, где им представится в дальнейшем самая широкая возможность испробовать свои силы в разгадке наиболее сокровенных тайн природы.

Ортодоксов: Значит, ты полагаешь, что описанная в книге ситуация должна вновь повториться?

Иноверцев: С твоим утверждением о неповторимости прошедшей эпохи формирования основных физических воззрений я согласен только в отношении неповторимости самой специфической обстановки возникновения новых идей, преобразовавших представления классической физики. Однако сам процесс преобразования основных физических представлений должен происходить каждый раз как неизбежное следствие изучения новой, совершенно обособленной области физических явлений. Уверен, что специфичность такой фундаментальной области интенсивно исследуемых ныне физических явлений, как физика элементарных частиц, служит надёжной гарантией неизбежности радикальной перестройки существующих воззрений.

Ортодоксов: И всё же, несмотря на это, нынешние открытия в теоретической физике вовсе не преобразуют, а лишь дополняют существующий фундамент физики.

Чтобы убедиться в этом, достаточно проанализировать, например, самые выдающиеся теоретические работы последних лет, удостоенные Нобелевских премий. Нельзя игнорировать также и тот факт, что сегодняшние затруднения в теоретической физике вообще не носят характера явного противоречия с существующими представлениями квантовой механики и теории относительности.

Иноверцев: Это верно. Но противоречия всё-таки существуют, хотя и в недостаточно явном виде. Просто они маскируются либо невозможностью проведения теоретических расчётов наблюдаемых эффектов, либо явной несуразностью получаемых из теории величин, например бесконечных величин масс элементарных частиц. Но ведь и вычисления на основе классической механики приводили к явно несуразному выводу о невозможности существования стабильных состояний атомов. Между прочим, проводимые в современной квантовой электродинамике так называемые операции перенормировки по искусственному характеру их введения и инородности их всему остальному теоретическому базису очень уж напоминают начальный, боровский этап развития неклассических представлений современной физики.

Что же касается явности проявления противоречий между новыми научными данными и существующими представлениями, то она в значительной мере определяется и степенью завершённости этих последних представлений.

Ортодоксов: Да, с этим, конечно, можно согласиться.

Иноверцев: Но тогда ты должен признать и правомерность вопроса: не свидетельствует ли отсутствие явно сформулированных противоречий между теоретическими представлениями, заимствованными из области атомных явлений, и новыми экспериментальными фактами физики элементарных частиц, при полной беспомощности их теоретического объяснения, об особой, замаскированной неполноте современной квантовой теории в области её непосредственного применения?

Ортодоксов: Если я правильно понял, ты собираешься подвергнуть сомнению давно и окончательно решённый вопрос о полноте квантовомеханического описания.

Иноверцев: Ну, а скажи мне, разве могла бы возникнуть речь о противоречии с экспериментальными фактами в области атомной физики и необходимости поиска новой теории, если бы классическая механика в то время формулировалась в виде некоторого операционалистического построения, подобного составленному для машиниста руководству о движении паровоза?

Ортодоксов: Не понимаю, почему нужно обсуждать такую нереальную ситуацию?

Иноверцев: Да, в том-то и дело, что ортодоксальная формулировка квантовой теории, об исчерпывающей полноте которой ты так уверенно говоришь, больше напоминает инструкцию или руководство, составленное для экспериментальной проверки квантовой теории, чем описание самих квантовых явлений.

Ортодоксов: Но для явлений атомного масштаба, исследуемых макроскопическими приборами, эта единственная приемлемая форма описания. Что же касается вопроса об исчерпывающей полноте квантовомеханического описания, то он был окончательно решён в дискуссии Н. Бора с А. Эйнштейном, и я не думаю, что наше обсуждение могло хоть что-нибудь добавить к этому уже решенному спору двух титанов человеческой мысли.

Иноверцев: Я понимаю твою безграничную веру в авторитеты. Однако я хотел бы заметить, что есть только один способ следовать примеру великих преобразователей науки: постоянно вести поиск коренных изменений существующих представлений. А для этого необходимо подвергать сомнению и строгому анализу на основе новейших данных все установившиеся понятия.

Кроме того, отрицание возможности дальнейшего углубления квантовой теории вообще противоречит нашим представлениям о процессе познания.

Ортодоксов: С этим я не могу согласиться. Утверждение о полноте квантовой механики давно превратилось в окончательно установленную истину. А с существованием такого рода истин, как тебе известно, считается и диалектическое учение об относительности наших научных знаний. В своей книге “Материализм и эмпириокритицизм” В. И. Ленин, обсуждая диалектику соотношения относительной и абсолютной истины, выделяет в особый разряд “вечных истин” такого типа утверждения, как “Наполеон скончался 5 мая 1821 года”. Без утверждений типа “Волга впадает в Каспийское море” не обходится и научная теория.

В физике и математике подобных окончательных истин сколько угодно. К ним, например, принадлежит следующее строгое утверждение: из множества допустимых для инерциальных систем координат пространственно-временных преобразований существуют всего только два вида преобразований, образующих математическую группу. Это группы преобразований Галилея и Лоренца. И сколько бы ты ни говорил о бесконечности процесса познания и невозможности на каждом этапе этого процесса получения окончательно установленных истин, третья группа не появится ни через десять, ни через сто лет, потому что уже сейчас строго и окончательно доказана возможность существования только двух групп преобразований. К окончательным истинам принадлежит и утверждение, что из двух возможных преобразований, образующих группу, только группа Лоренца при больших скоростях движения отвечает реализующимся в природе пространственно-временным соотношениям.

Иноверцев: Прежде всего я хотел бы заметить, что ссылка на конкретные слова В. И. Ленина правомерна и плодотворна может быть только в том случае, если используется в соответствии со всей логикой его последовательного учения о материалистической теории познания. В вопросе об истине возможны различного типа классификации, которыми следует пользоваться, учитывая это обстоятельство, т. е. не противопоставляя определения, относящиеся к различным классификациям. Так, понятие абсолютной и относительной истины исчерпывает все возможности в соответствующей им классификации. Совсем другие характеристики мы имеем в виду, пользуясь понятиями объективной и необъективной истины. Поэтому, говоря о приближённости, относительности всякой истины в научном познании природы, В. И. Ленин подчёркивает и её объективность.

Каждая научная теория, проверенная практикой, является правильной в том смысле, что она выражает, хотя и приближенно, определённые свойства объективно существующего мира. Существование так называемых “вечных истин” как утверждений, справедливых в рамках своего конкретного содержания, наглядно иллюстрирует простейшие примеры объективных истин. Поэтому вечные истины ни в коем случае нельзя противопоставлять относительности любых научных знаний, выдавая их за частные примеры будто бы достигнутых абсолютных истин. Любая вечная истина является в то же время и относительной. Учение об относительности научных знаний в свете неисчерпаемости процесса познания любого объекта должно трактоваться как возможность неограниченного уточнения или дополнения установленных научных истин. Как бы ни было справедливо какое-либо конкретное утверждение, его всегда можно дополнить новыми сведениями. Утверждение о смерти Наполеона может быть развито как за счёт уточнения содержащихся в нём количественных характеристик о месте и времени смерти (остров Святая Елена, местечко Лонгвуд, год, день, час, минута и т. д. смерти), так и за счёт расширения самого содержания данного утверждения установлением обстоятельств и, наконец, причин последовавшей смерти. На этом примере, по-моему, особенно наглядно видна неисчерпаемость абсолютной истины как бесконечно точной и всеобъемлющей.

Твоё утверждение о существовании только двух математических групп преобразований пространственно-временных координат также относительно. Но, конечно, не в смысле его опровержения открытием третьей группы, а в смысле его невсеобъемлющей полноты. И уже совсем явно требует дополнительных разъяснений затронутый тобой вопрос о реализации в природе соотношений только группы Лоренца.

Ортодоксов: Послушай, не стоит терять зря времени. Я, конечно, согласен, что любое утверждение может быть дополнительно развито за счёт расширения его первоначального содержания. Но мне, в конечном счёте, важно, что ты согласился с существованием утверждений, абсолютно истинных в рамках своего конкретного содержания.

Иноверцев: Утверждения, истинные в таком конкретном смысле, конечно, существуют, но к ним не могут относиться утверждения, отрицающие возможность дальнейшего развития наших относительных знаний о каком-либо предмете. А ведь в качестве такой окончательно установленной конкретной истины ты пытался представить утверждение о невозможности дальнейшего существенного развития понимания квантовомеханических закономерностей. В то же время неполнота и несовершенство современной формулировки квантовой механики с очевидностью следуют хотя бы из того факта, что мы не в состоянии дать последовательное описание квантовых явлений, происходивших в доисторические времена, когда некому было проводить измерения, а атомы, тем не менее, излучали и поглощали кванты света.

Что же касается конкретных истин, то, несмотря на простоту содержания утверждения, его справедливость нередко имеет ложную очевидность. Взять хотя бы приведённый тобой пример очевидной конкретной истины — “Волга впадает в Каспийское море”. Но Волга по дороге к морю сливается с множеством других рек и в том числе с полноводной Камой. Относительно определения основной и впадающей рек существует строгое правило, согласно которому следует считать впадающей рекой ту, которая в месте слияния несёт меньше воды. Так вот, когда были проведены систематические измерения, то вопреки ожиданию, оказалось, что в течение года Кама приносит больше воды, чем Волга. Следовательно, согласно строгому определению, Кама, а не Волга впадает в Каспийское море.

С установлением истинности утверждения о смерти Наполеона дело обстоит не лучше. Известно, что англичане на основе точных радиационных измерений обнаружили мышьяк в волосах Наполеона, установив тем самым факт длительного и постепенного его отравления. Сопоставив этот факт с известными странностями в поведении Наполеона в последний год его жизни, они пришли к версии о смерти на острове Святой Елены 5 мая 1812 года двойника Наполеона. Так что в приведённом утверждении всё может оказаться верным, кроме основного — что это был Наполеон.

Ортодоксов: Да, это действительно забавно. Приведённые мною классические примеры конкретных безусловных истин оказались спорными и даже курьёзными. Я теперь вижу, что более удачными оказались примеры вечных истин из области теории относительности.

Иноверцев: К сожалению, должен тебя огорчить. Говоря о преобразованиях координат, подтверждаемых экспериментами при больших скоростях движения, ты затронул весьма сложный вопрос, в котором официальная наука заблуждалась вплоть до последнего времени. Я имею в виду проблему соотношения геометрии и опыта, которая особенно серьёзно стала обсуждаться в конце прошлого века в связи с попытками по наблюдению параллакса удалённых звёзд установить, какая из геометрий выполняется в природе. Хорошо известна точка зрения на этот вопрос знаменитого французского математика и физика-теоретика Анри Пуанкаре. Он в самой категорической форме отрицал возможность на опыте проверить истинность какой-либо геометрии. В книге “Наука и гипотеза” он писал, что независимо от того, каков будет результат эксперимента по наблюдению параллакса звёзд, он всегда может быть истолкован как в евклидовой, так и в любой неевклидовой геометрии. Для этого потребуется лишь соответствующим образом изменять законы оптики. Противоположную точку зрения Пуанкаре считал эквивалентной несуразному утверждению о том, что существуют длины, которые можно измерять в туазах и футах и нельзя измерять в метрах и сантиметрах. Выбор геометрии как системы метризации пространства и времени, по мнению Пуанкаре, должен производиться на основе условного соглашения, конвенции, исходя из соображений практического удобства. Между прочим, сам он считал наиболее целесообразным и удобным сохранение евклидовой геометрии.

Ортодоксов: Но, если я не ошибаюсь, Эйнштейн не согласился с этой точкой зрения Пуанкаре и на примере общей теории относительности показал, что только введение неевклидовой геометрии пространства — времени позволяет построить единственно правильную релятивистскую теорию тяготения.

Иноверцев: Да, Эйнштейн исключал возможность тождественного описания тех же явлений на основе евклидовой геометрии, и его мнение на многие десятилетия утвердилось в науке в качестве окончательно установленной истины. И только в последние годы была доказана ошибочность этой официально принятой в науке точки зрения. В нескольких работах была создана релятивистская теория тяготения в прямом, евклидовом пространстве — времени, которая оказалась совершенно тождественной эйнштейновской теории. Как видишь, в науке опасно безоговорочно следовать так называемым окончательно установленным истинам.

Ортодоксов: Но, с другой стороны, в науке не будет никакого продвижения вперёд, если не опираться на твёрдо установленные истины и без конца всё подвергать сомнению.

Иноверцев: Это верно. Разумный консерватизм крайне необходим для сохранения уже завоёванных в науке позиций. Но при этом консерватизм в ряде случаев неизбежно распространяется и на возникшие в ходе научных исследований заблуждения, от которых нет другого способа избавиться, кроме осуществления постоянной проверки всех основных исходных положений, используемых в новых теоретических построениях. Особенно важно подвергать такой проверке те давно установленные положения, по которым раньше имелись расхождения в мнениях среди крупнейших научных авторитетов. Так что речь идет о разумном скептицизме, позволяющем по-новому взглянуть на прежние решения спорных вопросов. Я думаю, такой анализ должен непременно установить определённые аспекты обсуждаемой проблемы, которые правильно решались каждой из спорящих сторон. Так, Пуанкаре оказался прав только в своём исходном утверждении о возможности использования любой геометрии для описания одних и тех же явлений. Его же уверенность в удобстве сохранения евклидовой геометрии вовсе не подтвердилась дальнейшим развитием науки. Пуанкаре, кроме того, приходил к ошибочному выводу, отрицающему объективное содержание геометрии.

Ортодоксов: Совершенно верно. Именно за этот философский конвенционализм он подвергся справедливой критике в работе В. И. Ленина. Однако как же всё-таки можно избежать этой философской ошибки, если исходное положение Пуанкаре оказывается справедливым?

Иноверцев: Это весьма тонкий вопрос, на выяснение которого было потрачено немало усилий. Дело в том, что если отказаться от использования кривизны пространства — времени, соответствующей неевклидовой геометрии, то для согласования с опытом мы должны вводить универсальные силы и соответствующие им всеобщие кинематические эффекты. То есть в этом случае приходится не только менять законы оптики, как это предсказывал Пуанкаре, но и вносить всеобщие изменения в законы движения любых материальных объектов.

Ортодоксов: Постой, насколько я помню, известный американский философ Ганс Рейхенбах обращал внимание на возможность установления единственного определенного взаимосоотношения между геометрией и физикой на основе условия обязательного исключения из физики универсальных сил.

Иноверцев: Совершенно верно. Но другие учёные вскоре обратили внимание, что принятие такого условия есть опредёленная конвенция, условное соглашение. Поэтому проблема была решена несколько иным путём: просто, наконец, было осознано, что введение универсальных сил и соответствующих им кинематических эффектов и есть одна из возможных форм учёта свойств реального пространства — времени. Следовательно, конвенция в этом случае определяет лишь форму описания этих свойств и вовсе не препятствует их однозначному установлению на опыте.

Таким образом, физический опыт действительно не решает вопроса о справедливости той или иной геометрии. Однако он позволяет выяснить, какая из геометрий наиболее полно описывает известные нам свойства пространства — времени.

Ортодоксов: Ну что же, это весьма мудрое решение проблемы, оно, насколько я понял, не касается специальной теории относительности Эйнштейна.

Иноверцев: Нет, это неверно. И в рамках специальной теории относительности мы находим подтверждение исходного положения Пуанкаре. Но для объяснения конвенционального характера построения этой теории мне придётся напомнить тебе, что С. И. Вавилов, проанализировав в своё время известные тогда предложения экспериментального сравнения скорости распространения света в двух противоположных направлениях, показал их несостоятельность и пришёл к выводу о принципиальной невозможности экспериментального доказательства равенства этих скоростей. С другой стороны, как тебе известно, специальная теория относительности непосредственно исходит из равенства этих скоростей, которое не является экспериментально проверяемым фактом.

Таким образом, принятое в теории понятие одновременности для событий, происходящих в различных точках пространства, основано на конвенциональном выборе равенства скоростей света в противоположных направлениях.

Ортодоксов: Подожди, но прав ли был С. И. Вавилов в своём выводе? Разве действительно невозможно установить факт равенства скоростей света?

Иноверцев: Да, Вавилов оказался совершенно прав, хотя он и не доказал в общем виде своего вывода. Эта работа незаслуженно была предана забвению, и, по крайней мере в среде физиков, не был выяснен конвенциональный характер принятого критерия одновременности. Более того, в последние годы в самых авторитетных журналах были опубликованы без тени сомнения новые предложения по использованию современных технических средств для экспериментального сравнения скоростей распространения света в противоположных направлениях. Появление этих ложных в своей основе публикаций служит наглядным доказательством ограниченности существующего понимания самой простой из теорий, составляющих фундамент современной физики.

Лишь в некоторых философских работах из факта отсутствия в природе бесконечной скорости передачи взаимодействия делался правильный вывод об условности принятого в теории относительности критерия одновременности событий. Однако и эти авторы не обратили внимания на то важнейшее обстоятельство, что допустимый произвол в выборе критерия одновременности позволяет использовать самые различные определения и в том числе единую одновременность для различных инерциальных систем координат, соответствующую преобразованиям Галилея.

Ортодоксов: Любопытное утверждение. Не хочешь ли ты этим сказать, что можно описать релятивистские эффекты специальной теории относительности, пользуясь преобразованиями Галилея?

Иноверцев: Вот именно. В полном согласии с утверждением Пуанкаре оказалось возможным вместо преобразований Лоренца, определяющих псевдоевклидову метрику, применять преобразования Галилея для совершенно тождественного описания тех же наблюдаемых на опыте результатов. Кстати, именно в такой форме в почти законченном виде теория относительности была представлена в работе Лоренца 1904 года. Хотя для движущейся системы координат Лоренц постулировал, казалось бы, совершенно другие динамические законы, тем не менее все предсказания наблюдаемых эффектов в его теории полностью совпадали с предсказаниями созданной затем Пуанкаре и Эйнштейном другой формы представления той же теории. Лоренцу следовало бы только рассмотреть кинематический аспект его теории, чтобы понять полную равноправность различных систем координат, обусловленную сохранением кинематического подобия в соотношениях между физическими процессами в разных системах отсчёта. К сожалению, ни самим Лоренцем, ни другими физиками не была осознана в полной мере тождественность двух форм построения теории относительности, отличающихся лишь принятием различных конвенций относительно одновременности событий в пространственно разделённых точках.

Ортодоксов: Объясни мне, что ты называешь кинематическим подобием физических процессов?

Иноверцев: Пожалуйста. Если ты пользуешься единой для различных систем отсчёта одновременностью классической механики, то только в одной, исходной системе координат имеется возможность принять равенство между скоростями распространения физических процессов в прямом и обратном направлениях. В системе, движущейся относительно исходной, скорость распространения света в направлении движения системы отличается от скорости распространения в противоположном направлении на удвоенную величину скорости движения системы. Так вот, для согласования с принципом относительности необходимо только предположить, что в этой системе отсчёта и для скоростей распространения всех других физических процессов имеет место соответствующая асимметрия, обеспечивающая сохранение между кинематическими характеристиками различных процессов таких же соотношений, как и в исходной системе координат для аналогичных физических процессов. Это и есть кинематическое подобие. Необходимость же введения универсальных кинематических изменений при использовании преобразований Галилея и означает их неполноту соответствия пространственно-временным свойствам реального мира, которые находят непосредственное выражение в преобразованиях Лоренца.

Ортодоксов: Но в таком случае принципиальная возможность использования старых пространственно-временных преобразований не имеет особой научной ценности.

Иноверцев: Это неверно. Весьма важно первоначально формулировать проблему именно в рамках такого подхода и только затем, после выявления общих изменений кинематического описания различных физических процессов, осуществлять переход к новой формулировке этих кинематических эффектов непосредственно на основе новой метрики пространства — времени. В этом случае наглядно выявляется, какие именно универсальные свойства движения учтены новой метрикой пространства — времени. Таким образом, для понимания сущности теории принципиально важно последовательное применение обоих подходов.

Поскольку мы подробно остановились на обсуждении специальной теории относительности, я хотел бы обратить твоё внимание на историческую несправедливость возникшего общественного мнения о создателях этой теории, которое в полной мере нашло отражение и в книге Барбары Клайн.

Ортодоксов: Да, я заметил, что создание специальной теории относительности она целиком приписала одному Эйнштейну. Б. Клайн даже не упомянула имени Лоренца и Пуанкаре.

Иноверцев: Самое неприятное, однако, состоит в том, что необъективное освещение вклада этих учёных в создание теории относительности характерно для подавляющего большинства популярных книг и даже учебных пособий, среди которых буквально тонут попытки отдельных учёных восстановить историческую справедливость. Теперь строго доказано, что работа Лоренца 1904 года не просто предшествовала созданию специальной теории относительности, но и полностью содержала, тогда ещё в неосознанном виде, одну из конвенциональных форм описания теории. Но это было выяснено в последние годы, и широкой научной общественности неизвестно о такой оценке вклада Лоренца в создание теории относительности.

Гораздо труднее объяснить возникновение и упорное сохранение в общественном мнении явной недооценки вклада Пуанкаре, который был не только предшественником Эйнштейна, но и создателем теории относительности в той строгой математической форме, которую физики-теоретики в полной мере оценили лишь в последующие годы.

В 1902 году в книге “Наука и гипотеза” Пуанкаре впервые формулирует постулат относительности как всеобщий принцип для всех физических явлений. Статья же, написанная в 1905 году, в ряде аспектов превосходила не только содержание статьи Эйнштейна 1905 года, но и статьи Минковского 1907 года.

Ортодоксов: В чём же ты видишь причину явной недооценки вклада Пуанкаре широкой научной общественностью?

Иноверцев: Это настолько странное явление, что его трудно в полной мере объяснить и целым рядом имевшихся причин. Прежде всего высокий уровень изложения на основе формулировки групповых свойств преобразований Лоренца явно затруднял понимание новой теории физиками, многие из которых тогда, на заре зарождения специальности физика-теоретика, ещё не имели достаточной математической подготовки. Кроме того, статья Пуанкаре была опубликована в математическом журнале, и написана она была в весьма скромном виде, будто бы он лишь незначительно развивал математическую сторону физической теории, построенной Лоренцем.

С другой стороны, статья Эйнштейна 1905 года была написана в такой форме, что оставалось совершенно неясным, что именно было заимствовано им из других работ и что развито самостоятельно. Эта статья просто не содержала в явном виде ни одной ссылки на другие работы. Указанные особенности написания этих статей значительно облегчали задачу сторонников тенденциозного приписывания создания теории одному Эйнштейну.

Разве не удивительно, что признание в первую очередь получила работа молодого и мало известного тогда инженера из патентного бюро, а не работа крупнейшего математика и физика, профессора Сорбонны, который в более ранних и широко известных работах уже намечал путь решения проблемы. О популярности Пуанкаре и большой известности его работы “Наука и гипотеза”, изданной в конце 1902 года в Париже, можно судить хотя бы по тому, что уже в 1904 году она была переиздана в Петербурге на русском языке в переводе профессора Умова. Мы и сейчас, пожалуй, не знаем таких коротких сроков переиздания научных монографий.

Ортодоксов: Ты полагаешь, что существовали сторонники сознательного искажения правильного освещения этого вопроса?

Иноверцев: Насколько их действия были сознательными, нам теперь судить трудно. Несомненен лишь факт тенденциозного, одностороннего приписывания создания теории Эйнштейну. В очерках по истории специальной теории относительности У. И. Франкфурт, например, приводит утверждение профессора Д. И. Иваненко о том, что работа Эйнштейна была подхвачена многочисленной армией немецких физиков-теоретиков.

Ортодоксов: Объясни мне, что ты называешь кинематическим подобием физических процессов?

Иноверцев: Пожалуйста. Если ты пользуешься единой для различных систем отсчёта одновременностью классической механики, то только в одной, исходной системе координат имеется возможность принять равенство между скоростями распространения физических процессов в прямом и обратном направлениях. В системе, движущейся относительно исходной, скорость распространения света в направлении движения системы отличается от скорости распространения в противоположном направлении на удвоенную величину скорости движения системы. Так вот, для согласования с принципом относительности необходимо только предположить, что в этой системе отсчёта и для скоростей распространения всех других физических процессов имеет место соответствующая асимметрия, обеспечивающая сохранение между кинематическими характеристиками различных процессов таких же соотношений, как и в исходной системе координат для аналогичных физических процессов. Это и есть кинематическое подобие. Необходимость же введения универсальных кинематических изменений при использовании преобразований Галилея и означает их неполноту соответствия пространственно-временным свойствам реального мира, которые находят непосредственное выражение в преобразованиях Лоренца.

Ортодоксов: Но в таком случае принципиальная возможность использования старых пространственно-временных преобразований не имеет особой научной ценности.

Иноверцев: Это неверно. Весьма важно первоначально формулировать проблему именно в рамках такого подхода и только затем, после выявления общих изменений кинематического описания различных физических процессов, осуществлять переход к новой формулировке этих кинематических эффектов непосредственно на основе новой метрики пространства — времени. В этом случае наглядно выявляется, какие именно универсальные свойства движения учтены новой метрикой пространства — времени. Таким образом, для понимания сущности теории принципиально важно последовательное применение обоих подходов.

Поскольку мы подробно остановились на обсуждении специальной теории относительности, я хотел бы обратить твоё внимание на историческую несправедливость возникшего общественного мнения о создателях этой теории, которое в полной мере нашло отражение и в книге Барбары Клайн.

Ортодоксов: Да, я заметил, что создание специальной теории относительности она целиком приписала одному Эйнштейну. Б. Клайн даже не упомянула имени Лоренца и Пуанкаре.

Иноверцев: Самое неприятное, однако, состоит в том, что необъективное освещение вклада этих учёных в создание теории относительности характерно для подавляющего большинства популярных книг и даже учебных пособий, среди которых буквально тонут попытки отдельных учёных восстановить историческую справедливость. Теперь строго доказано, что работа Лоренца 1904 года не просто предшествовала созданию специальной теории относительности, но и полностью содержала, тогда ещё в неосознанном виде, одну из конвенциональных форм описания теории. Но это было выяснено в последние годы, и широкой научной общественности неизвестно о такой оценке вклада Лоренца в создание теории относительности.

Гораздо труднее объяснить возникновение и упорное сохранение в общественном мнении явной недооценки вклада Пуанкаре, который был не только предшественником Эйнштейна, но и создателем теории относительности в той строгой математической форме, которую физики-теоретики в полной мере оценил лишь в последующие годы.

В 1902 году в книге “Наука и гипотеза” Пуанкаре впервые формулирует постулат относительности как всеобщий принцип для всех физических явлений. Статья же, написанная в 1905 году, в ряде аспектов превосходила не только содержание статьи Эйнштейна 1905 года, но и статьи Минковского 1907 года.

Ортодоксов: В чём же ты видишь причину явной недооценки вклада Пуанкаре широкой научной общественностью?

Иноверцев: Это настолько странное явление, что его трудно в полной мере объяснить и целым рядом имевшихся причин. Прежде всего высокий уровень изложения на основе формулировки групповых свойств преобразований Лоренца явно затруднял понимание новой теории физиками, многие из которых тогда, на заре зарождения специальности физика-теоретика, ещё не имели достаточной математической подготовки. Кроме того, статья Пуанкаре была опубликована в математическом журнале, и написана она была в весьма скромном виде, будто бы он лишь незначительно развивал математическую сторону физической теории, построенной Лоренцем.

С другой стороны, статья Эйнштейна 1905 года была написана в такой форме, что оставалось совершенно неясным, что именно было заимствовано им из других работ и что развито самостоятельно. Эта статья просто не содержала в явном виде ни одной ссылки на другие работы. Указанные особенности написания этих статей значительно облегчали задачу сторонников тенденциозного приписывания создания теории одному Эйнштейну.

Разве не удивительно, что признание в первую очередь получила работа молодого и мало известного тогда инженера из патентного бюро, а не работа крупнейшего математика и физика, профессора Сорбонны, который в более ранних и широко известных работах уже намечал путь решения проблемы. О популярности Пуанкаре и большой известности его работы “Наука и гипотеза”, изданной в конце 1902 года в Париже, можно судить хотя бы потому, что уже в 1904 году она была переиздана в Петербурге на русском языке в переводе профессора Умова. Мы и сейчас, пожалуй, не знаем таких коротких сроков переиздания научных монографий.

Ортодоксов: Ты полагаешь, что существовали сторонники сознательного искажения правильного освещения этого вопроса?

Иноверцев: Насколько их действия были сознательными, нам теперь судить трудно. Несомненен лишь факт тенденциозного, одностороннего приписывания создания теории Эйнштейну. В очерках по истории специальной теории относительности У. И. Франкфурт, например, приводит утверждение профессора Д. И. Иваненко о том, что работа Эйнштейна была подхвачена многочисленной армией немецких физиков-теоретиков.

Ортодоксов: В книге Барбары Клайн обращено внимание на те трудности, которые испытывали в Германии даже выдающиеся учёные неарийского происхождения. И можно догадаться, насколько ещё более трудно было жить и работать рядовым учёным средних способностей. Возможно, что для таких учёных неарийского происхождения жизненно необходимым было сконцентрировать внимание на Эйнштейне как на единственном создателе фундаментальной физической теории.

Иноверцев: Похоже, что этим предположением ты пытаешься в некоторой степени оправдать возникновение несправедливой недооценки вклада других учёных в создание специальной теории относительности. Но разве можно вообще найти оправдание для тех, кто пытался бы отстаивать право заниматься научной деятельностью не своими способностями, а только ссылаясь на гениальных соотечественников, например Ломоносова, Лобачевского или Менделеева. Кроме того, нужно совсем потерять чувство меры, чтобы умышленно преувеличивать заслуги Эйнштейна, который и без того является одним из основоположников идей квантовой физики и единственным создателем общей теории относительности.

Правда, Пуанкаре опередил его с постановкой самого вопроса о необходимости обязательного приведения теории тяготения в соответствие с релятивистской теорией. Первая попытка создания релятивистской теории тяготения принадлежит Пуанкаре. Тот факт, что эта попытка была предпринята им в работе 1905 года по созданию специальной теории относительности, характеризует его глубокое понимание прежде всего физической стороны проблемы. Он ясно понимал, что основное положение теории об отсутствии абсолютного движения может быть выполнено только при инвариантности уравнения тяготения относительно преобразований Лоренца.

На это обстоятельство полезно обратить внимание тем, кто подобно Б. Г. Кузнецову, утверждает, что в этой работе Пуанкаре-математик опередил Пуанкаре-физика.

Ортодоксов: Верно. В первой работе Эйнштейна эта проблема не была даже поставлена. С другой стороны, Эйнштейн в отличие от Пуанкаре сразу же обратил внимание на совершенно новую постановку в этой теории проблемы соотношения между энергией и массой движущегося тела. Кстати, Б. Клайн совершенно правильно обращает внимание на то, что из соотношения Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии вовсе ещё не следовал, как это часто утверждают, вывод об огромных запасах энергии в атомных ядрах.

Иноверцев: Да, конечно. Это соотношение первоначально выражало лишь эквивалентное возрастание инерции тела с увеличением энергии его движения. Теория относительности непосредственно ещё не давала физической интерпретации величины энергии, связанной с массой покоя.

Ортодоксов: А были ли известны Эйнштейну более ранние работы Лоренца и Пуанкаре?

Иноверцев: Этот вопрос подробно был освещён Кесуани в Британском журнале “Философия науки”. Он провёл целое исследование по определению вклада каждого из авторов в разработку специального принципа относительности. Как я уже говорил тебе, статья Эйнштейна не содержит никаких литературных ссылок. Однако в самом тексте два раза упоминается об электродинамике движущихся тел Лоренца. Что же касается работы Пуанкаре 1902 года, то Кесуани приводит высказывания двух коллег Эйнштейна, которые свидетельствуют о совместном с ним изучении этой работы в кружке “Олимпия” в Берне.

Интересные сведения приводит Кесуани о мнении самих создателей теории относительности по поводу основного вклада в создание теории. Пуанкаре отдавал предпочтение работе 1904 года Лоренца, который, в свою очередь, первоначально считал основным вклад Пуанкаре. Однако затем он стал, как и другие, отмечать только вклад Эйнштейна. Его утверждение, что введённое им в движущейся системе “местное” время из формальной переменной только Эйнштейном было превращено в реальное время, приводят часто как отказ от претензий на приоритет в создании теории относительности.

Небезынтересно будет отметить, что написанное Пуанкаре незадолго до смерти популярное изложение теории относительности не содержит даже упоминания об Эйнштейне. Видимо, Пуанкаре в такой необычной форме протестовал против переоценки значения работы Эйнштейна. В то же время Эйнштейн в своих последующих статьях отзывался о Пуанкаре как о выдающемся учёном и тонком мыслителе.

Ортодоксов: Всё это очень интересные исторические данные. Но самым неожиданным для меня оказался твой рассказ о новейшем развитии понимания сущности теории относительности в плане пересмотра решения давнего спора о геометрии и опыте. Я не прочь выслушать и твои необычные суждения о споре Эйнштейна с Бором по вопросу о полноте квантовой механики.

Иноверцев: К сожалению, спорные вопросы по этим проблемам ещё далеки от той степени завершённости, которая имеет место в теории относительности. Правда, именно это обстоятельство и представляет наибольший интерес для тех немногих, кто сегодня занимается поисками более глубокого понимания квантовой теории. Это деятельность, на первый взгляд, весьма далека от наиболее актуальных сегодня проблем теоретического объяснения явлений физики элементарных частиц, над решением которых сейчас трудится подавляющее большинство физиков-теоретиков. Но я уверен, что их огромная работа не может увенчаться успехом построения теории элементарных частиц до того, как будут ликвидированы основные проблемы в понимании квантовой механики. Между прочим, если в новейшей области теоретической физики даже исследователи средних способностей могут надеяться, что раньше других продумают какой-либо новый подход, то дальнейшее развитие понимания квантовой теории подразумевает решение проблемы, над которой уже долгие годы размышляли самые выдающиеся учёные. Так что речь идет о решении сложнейшей проблемы, к которой, к сожалению, в настоящее время сохраняют интерес лишь немногие физики.

Ортодоксов: Но потому и утрачен интерес к этой проблеме, что она полностью была исчерпана предыдущими исследованиями, завершившимися созданием копенгагенской интерпретации квантовой механики.

Иноверцев: Видишь ли, обсуждая проблему дальнейшего развития теории квантовых явлений, необходимо прежде всего учитывать, что современное понимание этой теории вовсе не осталось на уровне тридцатого года, как это описано в книге Б. Клайн. Копенгагенскими теоретиками было найдено лишь первое приближение интерпретации, без которого, собственно, и не было бы квантовой механики как физической теории. В самом деле, без установления строгого соответствия между символами ранее созданного математического аппарата теории и наблюдаемыми на опыте величинами вообще было бы невозможным применение теории. Но копенгагенская интерпретация теории кроме необходимой однозначной расшифровки созданного аппарата теории содержала и явно нестрогие или ошибочные утверждения, выходящие за рамки проверяемого на опыте содержания теории.

Ортодоксов: Интересно, что же ты относишь к таким ошибочным утверждениям?

Иноверцев: Ну, прежде всего утверждения, нарушающие строгую последовательность статистической интерпретации теории подменой коллектива невзаимодействующих друг с другом индивидуальных объектов отдельным объектом. Почти во все учебники по квантовой механике проникли, например, утверждения о неопределённом значении координаты или импульса отдельного электрона. На самом же деле в квантовой механике с каждым отдельным электроном производится только одно измерение, которое допускает определение точного значения координаты или импульса. Разброс значений измеряемых величин обнаруживается только в серии повторных измерений, которые проводятся всегда с разными экземплярами коллектива тождественных систем. К этому коллективу и должны относиться утверждения о неопределённости значений координат и импульсов. От этой недопустимой для точной науки подмены понятий свободны всего несколько курсов по квантовой механике. Фон Нейман первым дал наиболее строгое изложение квантовой теории. Принципиальное значение использования квантовых статистических ансамблей (коллективов) для объяснения подлинного смысла установленных закономерностей микромира отмечено в ряде работ Д. И. Блохинцева.

Ортодоксов: Однако известно, что против концепции квантовых ансамблей Блохинцева неоднократно выступал академик В. А. Фок.

Иноверцев: На мой взгляд, в большей своей части эта дискуссия основана на недоразумении. В. А. Фок действительно высказывал утверждение, что волновая функция не связана с каким-либо квантовым ансамблем. При этом он признавал только ансамбли статистических распределений результатов измерений, которые, конечно, зависят ещё от типа проведённых измерений. Но вместе с тем В. А. Фок утверждает, что волновая функция характеризует потенциальные возможности проявления микрочастицы. А это и есть признание проявления свойств частицы в статистическом ансамбле тождественных систем, которые, по терминологии В. А. Фока, специально должны создаваться в приготовляющем опыте. Таким образом, В. А. Фок в действительности признаёт исходный статистический ансамбль квантовых систем. Но он считает эти системы полностью тождественными и потому такой исходный ансамбль систем отождествляет с отдельной квантовой системой.

Д. И. Блохинцев же обращает внимание на весьма важную сторону вопроса, отмечая, что тождественность этих систем обеспечена лишь макроскопически контролируемыми средствами. Действительно, микросистемы могут отличаться по микропараметрам, что, в свою очередь, и может являться причиной наблюдаемых статистических разбросов результатов измерения с различными экземплярами макроскопически тождественных квантовых систем. И только в этом принципиальное расхождение их точек зрения.

Ортодоксов: Да, квантовая теория, строго говоря, позволяет говорить о тождественности систем только в смысле тождественности их макроскопических частей.

Иноверцев: Вообще же я считаю, что критика советскими учёными многих ошибочных философских установок копенгагенской школы сыграла большую роль в формировании более строгого изложения квантовой механики. Я также думаю, что явно позитивистские утверждения были сделаны создателями квантовой механики вовсе не из желания подвести научно-естественный фундамент под идеалистическую философию, а только с целью уйти от решения вопросов, выходящих за рамки созданного аппарата теории, и тем самым создать впечатление полной законченности теории квантовых явлений. Так или иначе, все эти идеалистические установки связаны с попыткой пересмотреть понятие физической реальности, сузить это понятие только до наблюдаемых результатов измерений и тем самым устранить проблему теоретического воспроизведения по результатам измерений самого объекта физической реальности.

Ортодоксов: Но такой подход полностью согласуется с принципом дополнительности Бора, который сейчас признаётся и многими философами-материалистами.

Иноверцев: Это верно. Принцип дополнительности прежде всего констатирует тот факт, что свойства микрообъектов мы непосредственно можем познавать лишь в несовместимых двух видах экспериментальных исследований — координатного и импульсного аспектов. В этой своей исходной части принцип дополнительности опирается непосредственно на физический принцип неопредёленности Гейзенберга. Выходит же он за пределы проверенной опытом физической теории во второй своей (уже философской) части, в которой отвергаются необходимость и возможность теоретического объединения в единый образ сведений, полученных в дополнительных экспериментально несовместимых исследованиях. Как видишь, название этого принципа вовсе не соответствует его содержанию. О дополнении разных наблюдаемых свойств следовало говорить, если бы именно на основе дополнительных сведений однозначно теоретически восстанавливались непосредственно наблюдаемые свойства объекта.

Представь себе, если бы для наблюдения проекций тела на некомпланарные плоскости существовал запрет одновременного осуществления этих экспериментальных процедур. Разве можно было бы по этой причине запрещать аналитической геометрии однозначное восстановление объёмных свойств предмета? В данном случае несуразность такого запрета очевидна. А в квантовой теории совершенно аналогичный запрет развивать познание непосредственно ненаблюдаемых свойств микрообъектов многие выдают за принцип большой научной ценности.

Ортодоксов: Но до сих пор всегда стремились освободить физическую теорию от излишних понятий и ненаблюдаемых величин.

Иноверцев: Это совсем другое дело. Я ведь говорю о понятиях и величинах, которые должны быть однозначно связаны в теории со всей совокупностью наблюдаемых величин. Позитивисты в полном соответствии со всей исходной позицией отвергают существование таких величин как ненаблюдаемых. Более удивительно, что и многие материалисты отстаивают тот же взгляд, считая, что признание ненаблюдаемых величин ведёт к агностицизму. Это, конечно, явное недоразумение, основанное на неправомерном отождествлении непосредственной наблюдаемости с познаваемостью. Казалось бы, вполне естественно, что некоторые параметры микросистем остаются непосредственно ненаблюдаемыми макроскопическими средствами, и познание их возможно только на основании теоретического анализа всей совокупности наблюдаемых величин.

Ортодоксов: С этими общефилософскими соображениями, пожалуй, можно согласиться. Но меня больше интересует конкретный вопрос о полноте квантовой механики. Важно, что формализм существующей теории позволяет предсказать вероятное описание результатов любых опытов в области атомной физики. И все попытки Эйнштейна найти опыт, выходящий за рамки формализма существующей теории, окончились неудачей. И хотя сам Эйнштейн так и не признал квантовую механику, его критическую позицию не поддержали другие физики.

Иноверцев: Не стоит упрощать точку зрения Эйнштейна. Он, собственно, никогда не был против квантовой механики, и считал её единственной теорией, описывающей атомные явления. Но он не признавал созданную механику окончательной теорией. Можно не соглашаться с Эйнштейном относительно намечаемого им дальнейшего пути развития квантовой теории, но отрицать вообще возможность её развития по меньшей мере антинаучно.

Спор Эйнштейна с Бором имеет, между прочим, по крайней мере три различных аспекта. И только в одном из них Бору удалось строго доказать ошибочность утверждений Эйнштейна. Правильность его возражений по другому аспекту обсуждаемой проблемы была доказана лишь более поздними исследованиями других авторов. Существует и третий, наиболее важный и принципиальный аспект этого спора, в котором современная физика, на мой взгляд, явно принимает сторону Эйнштейна, хотя и не решает пока его окончательно и полностью.

Ортодоксов: Очень любопытно! На какие же части ты расчленяешь эту дискуссию?

Иноверцев: Ну, прежде всего это уже отмеченная тобой попытка Эйнштейна найти в области атомной физики явление, не описываемое квантовой механикой. Основанная на общетеоретических и гносеологических соображениях, его уверенность в неполноте квантовой механики конкретно выражалась им в виде действительно ошибочной надежды найти такой опыт. Все предложенные Эйнштейном примеры подобных опытов были весьма успешно и эффективно отклонены главою копенгагенской школы. Но может быть, именно это обстоятельство и помешало другим физикам понять серьёзность общей аргументации Эйнштейна и предпринять специальные исследования для выяснения других аспектов спора.

К другим же сторонам позиции Эйнштейна следует отнести прежде всего его общую уверенность в возможности создания пространственно-временного описания движения микрочастиц и лишь затем предлагаемый им конкретный путь решения этой проблемы на основе установления детерминистического описания. Бор был совершенно прав, отрицая возможность такого описания движения микрочастиц. Однако он в действительности тогда не располагал строгим научным доказательством для такого отрицания.

Ортодоксов: Позволь перебить тебя. Квантовая механика в своих исходных положениях отрицает движение микрочастиц по траектории, и, следовательно, она в принципе несовместима с детерминизмом.

Иноверцев: Нет, это не совсем так. В исходных принципах квантовой теории явно содержится лишь отрицание возможности измерения траектории микрочастицы. Вопрос же о совместимости квантовомеханического описания с предположением о движении микрочастиц по скрытым, непосредственно ненаблюдаемым траекториям требует для своего выяснения специального анализа квантовомеханических статистических распределений результатов измерения всей совокупности наблюдаемых величин.

Очень жаль, что Барбара Клайн не рассказывает в своей книге о дальнейшей дискуссии вокруг этого вопроса. А здесь ведь произошли довольно яркие, я бы сказал, драматические события, связанные с именем Луи де Бройля. На Сольвеевском конгрессе под впечатлением успешной победы над возражениями Эйнштейна Луи де Бройль, несмотря на собственные сомнения, присоединился к копенгагенской интерпретации квантовой механики. А через 25 лет он письменно засвидетельствовал свой отказ от общепринятой интерпретации и сожалел о потерянном времени в связи с прекращением поиска причинного описания движения индивидуальных квантовых объектов. Во Франции в Институте теоретической физики им. Анри Пуанкаре возникла целая школа этого направления во главе с Луи де Бройлем. Несмотря на безуспешность в решении поставленной задачи, критическая деятельность этой группы сыграла всё-таки положительную роль, заострив внимание на нерешённых вопросах.

Все эти факты, конечно, хорошо известны. Поэтому создается впечатление, что Барбара Клайн умышленно выбрала такую благоприятную концовку, представив только одного Эйнштейна в качестве сомневающегося в законченности квантовой теории.

Ортодоксов: Да, вполне возможно, что она решила уклониться от исторической правды, чтобы своей книгой не вызывать сомнений среди читателей в правильности избранного большинством физиков пути. Что же касается возможности скрытого детерминизма в квантовой механике, то, как известно, она отрицается строгой теоремой фон Неймана.

Иноверцев: Кстати, этой ссылкой на теорему Неймана в книге, опубликованной лишь в 1934 году, ты фактически уже соглашаешься с тем, что Бор, по крайней мере в 1930 году, не располагал строгим доказательством невозможности скрытого детерминизма.

Ортодоксов: Да, пожалуй.

Иноверцев: В самом деле, именно теорема Неймана о невозможности получения детерминистского описания добавлением в квантовую механику скрытых параметров в последующей дискуссии постоянно приводилась в качестве доказательства необоснованности поиска детерминизма. Сторонники ошибочного направления затратили немало усилий на опровержение теоремы Неймана. Но самое курьёзное в этой истории было то, что вместо напрасных попыток опровергнуть правильную теорему им бы следовало обратить внимание на её недостаточность для отрицания совместимости квантовой механики с предположением о движении частиц квантового ансамбля по определённой траектории. На это важнейшее обстоятельство было обращено внимание лишь в книге Д. И. Блохинцева “Принципиальные вопросы квантовой механики”.

У Неймана речь идёт о скрытых параметрах в смысле величин, неучтённых явно в формализме квантовой механики. Однако Нейман непосредственно исходит из возможности измерения этих скрытых величин. Дополнительный учёт таких параметров, естественно, не может привести к детерминизму. Траекторию же скрытого движения микрочастиц могли бы определять только непосредственно неизмеряемые параметры, на которые теорема Неймана не может быть распространена. Лишь в последнее время были проведены исследования, строго доказавшие невозможность представления движения микрочастиц квантового статистического ансамбля по определённой скрытой траектории, определяемой скрытыми неизмеряемыми параметрами. И хотя последние годы ты, подобно Олдфилду из книги Клайн, не бродил в джунглях Южной Америки, всё-таки, наверняка, ничего не знаешь об этих исследованиях.

Ортодоксов: Да, к сожалению, я оказался не в курсе этих тонких вопросов.

Иноверцев: Не огорчайся, твоя неосведомлённость в этих проблемах типична для существующего сегодня пренебрежительного отношения к важной задаче дальнейшего развития интерпретации квантовой механики.

Ортодоксов: Не понимаю, как ты можешь считать это важнейшей задачей в физике и в то же время соглашаться, что существующий аппарат квантовой механики описывает все возможные в атомной физике эксперименты?

Иноверцев: Действительно, современная квантовая механика даёт статистические предсказания результатов любых экспериментов в области атомной физики. Но эта теория, однако, не даёт ещё той скрытой информации о деталях микропроцесса, которую, я уверен, будущая теория однозначно восстановит на основании анализа всей совокупности наблюдаемых величин. Я имею в виду сведения о вероятностных характеристиках пространственно-временного описания движения микрочастиц, имеющих прямое отношение к свойствам самих микрочастиц и физического вакуума и создающие поэтому предпосылки для успешного исследования более глубокой области физических явлений.

В своё время создание кинетической теории молекулярного движения также не внесло никаких изменений собственно в термодинамику, которая описывала все возможные в области её применения эксперименты. Но именно кинетическая теория материи открыла дверь для научных исследований в область совершенно новых явлений молекулярного и атомного мира. Подобно этому и новая теория квантовых явлений должна будет на основе установления скрытого движения микрочастиц дать подлинное обоснование существующей квантовой механики и тем самым создать базу для научного исследования конкретных свойств элементарных частиц и физического вакуума.

Ортодоксов: Согласен, эта аналогия действительно даёт некоторые надежды на получение в таких исследованиях новых интересных результатов. И поэтому я хотел бы узнать подробнее о работах, посвящённых изучению вопроса о скрытом движении микрочастиц. Правда, я совершенно не понял, какое отношение всё это имеет к свойствам физического вакуума.

Иноверцев: Очень хорошо, что ты согласился признать эти проблемы достойными внимания.

Так вот, прежде всего было выяснено, что при движении частиц какого-нибудь определённого статистического коллектива по единой траектории распределения вероятностей результатов независимых измерений по отдельности их координат и импульсов оказываются взаимосвязанными. Из довольно простого анализа этих распределений можно выяснить не только сам факт движения частиц по одной и той же траектории, но найти эту траекторию в фазовом пространстве координат и импульсов. Таким образом, непосредственное наблюдение траектории частиц — вовсе не единственный способ обнаружения движения частиц по траектории. Важно также, что отдельные измерения координат и импульсов могут быть проведены на различных тождественных экземплярах статистического коллектива исследуемых систем, и поэтому допустимо сколь угодно сильное нарушение движения в результате вмешательства измерительного прибора.

Ортодоксов: Не мог бы ты мне пояснить на каком-нибудь простом примере движения классического объекта возможность определения траектории его движения без одновременного измерения его импульса и координаты?

Иноверцев: Пожалуйста. Представь себе, что в тёмную комнату внесён обычный гармонический маятник в стационарном состоянии колебательного движения. Пусть далее в случайные моменты времени даются короткие световые вспышки и производится регистрация положений маятника. После многократного повторения таких измерений будет получено вполне определённое статистическое распределение координат маятника. Столь же просто может быть осуществлено и измерение мгновенных значений импульсов маятника безотносительно к его положению в пространстве. В том случае, когда процесс измерения нарушает состояние движения маятника, последующие измерения необходимо проводить на других тождественных экземплярах исходного статистического коллектива маятников, находящихся в одном и том же стационарном состоянии движения.

Подставляя полученные функции распределения для координат и импульсов в определённое уравнение, мы найдём эллиптическую траекторию маятника в фазовом пространстве.

Ортодоксов: Очень интересно. Я не знал, что такая задача может быть решена однозначно. Насколько мне известно, в классической статистической физике она никем ранее даже не была поставлена.

Иноверцев: Совершенно верно. Кстати, этот неожиданный пример из классической статистической физики, так же как и приведённые мною примеры развития понимания теории относительности, должен лишний раз предостеречь тебя от ручательства за исчерпывающую полноту возникшей позже квантовой механики.

Так вот, основное соотношение, определяющее траекторию движения объекта по статистическим распределениям координат и импульсов по отдельности, имеет совершенно универсальный характер, так как оно было получено только на базе общих закономерностей математической статистики без использования каких-либо динамических законов физики. Поэтому оно может быть применено и для анализа функций распределения по координатам и импульсам, даваемых квантовой механикой. Результат такого анализа показывает, что квантово-механические функции распределения не приводят к выявлению определённой траектории в фазовом пространстве.

Ортодоксов: Значит, и этот, более строгий математический анализ, также показывает отсутствие траекторий у микрочастиц.

Иноверцев: Не совсем так. Строго говоря, этот анализ показал только отсутствие вполне определённых траекторий у микрочастиц, подчинённых законам квантовой механики. Вопрос же о движении этих частиц по случайным траекториям остаётся до сих пор открытым. В том же примере с маятником рассмотренный статистический анализ также не выявит определённой траектории, если в процессе измерений функций распределения по координате и импульсу будут происходить случайные изменения стационарного движения маятника, например, за счёт мгновенных случайных толчков, изменяющих импульс маятника. Но в этом случае так же, как и для движения броуновской частицы, никто не будет, очевидно, отрицать сам факт движения объектов по различным траекториям в фазовом пространстве. Совершенно ясно, что речь в этом случае должна идти о случайных траекториях. В классической статистической физике не возникает повода сомневаться в существовании таких траекторий только потому, что они обнаруживаются непосредственно оптическими наблюдениями.

Я уверен, что специфическая особенность квантовой механики состоит в том, что в ней мы встречаемся с движением по непосредственно ненаблюдаемым случайным траекториям, познание которых возможно только на основе сложного статистического анализа функций распределения для измеряемых величин. Эта особенность и является причиной всех трудностей интерпретации свойств движения микрочастиц. Кроме того, есть ещё одно принципиальное отличие. В классической статистической физике сохраняется иллюзия возможности предсказания траектории движения индивидуальных броуновских частиц при задании начального состояния движения всех молекул среды, возмущающих их движение. В квантовой же механике не остаётся оснований даже для подобной иллюзии восстановления детерминизма, так как здесь мы имеем дело с возмущениями движения микрочастиц со стороны физического вакуума, который принципиально уже нельзя представить себе предсказываемым из-за бесконечного числа степеней свободы этой среды.

Ортодоксов: Но если эти траектории теоретически непредсказуемы и экспериментально ненаблюдаемы, то какой смысл тогда вводить такой непознаваемый образ в теоретическую физику? Ведь использование в современной квантовой теории только непосредственно наблюдаемых величин составляет её основное преимущество, а не недостаток.

Иноверцев: Кажется, все мои усилия убедить тебя в правомерности более глубокой постановки вопроса не достигли поставленной цели. Ты продолжаешь изрекать давно устаревшие догмы копенгагенской интерпретации квантовой механики, даже не подозревая, что современное состояние науки требует от сторонников этих взглядов уже новой, более обоснованной аргументации.

Я могу лишь повторить, что речь идет о строгом научном познании распределения вероятности движения каждой индивидуальной микрочастицы по скрытым в смысле непосредственной наблюдаемости траекториям.

Ортодоксов: Ну, и каковы же успехи в установлении вероятностного описания таких траекторий?

Иноверцев: Фактически вся эта проблема была поставлена Эйнштейном в его полемике с Бором. Я имею в виду его общую уверенность в необходимости поиска пространственно-временного описания движения микрочастиц. В своём письме к М. Борну он писал, что не может серьёзно верить в квантовую механику, так как она не представляет действительности в пространстве и времени. В связи с этим Макс Борн пришёл к выводу, что отклонение Эйнштейном современной квантовой физики было обусловлено не столько вероятностным характером описания поведения микрочастиц, сколько отсутствием вообще какого-либо описания движения частиц в пространстве и времени.

Первый же конкретный шаг в этом направлении был сделан фон Нейманом, который указал на неожиданную возможность использования для квантовых частиц плотности вероятности в фазовом пространстве импульсов и координат, аналогичной фазовой плотности Гиббса в классической статистической физике. То есть, несмотря на невозможность одновременного измерения координаты и импульса микрочастицы, такая непосредственно неизмеримая величина, как плотность вероятности, может быть теоретически использована для описания результатов измерений.

Развитие аппарата квантовой механики в этом направлении было предпринято целым рядом авторитетных учёных, таких, как Вейль, Вигнер, Дирак, Блохинцев, и др. Им удалось на этой основе получить описание квантовой механики, совершенно тождественное обычному.

Однако это не было окончательным доказательством движения микрочастиц по случайным траекториям. Используемые в этих работах функции распределения или матрицы плотности в смешанном координатно-импульсном пространстве не допускали строгой интерпретации в качестве плотности вероятности, так как они принимали при некоторых значениях переменных либо отрицательные, либо комплексные значения. Сам же факт несовпадения полученных функций говорил, кроме того, и о неоднозначности решения поставленной задачи.

Несколько другой подход, но также близкий по своей форме к классической физике, был развит известным американским теоретиком Фейнманом. Он ввёл суммирование амплитуд вероятностей по различным возможным путям движения микрочастиц, но также получил лишь комплексные псевдовероятности для отдельных траекторий. Развитием этого представления квантовой механики занимался затем советский физик Рязанов. Ему удалось получить для скрытых траекторий действительные и всюду положительные вероятности, но ценою введения обратных во времени траекторий.

Я думаю, что неокончательность решения поставленной задачи говорит только о необходимости более сложного представления, чем представление о движении микрочастиц по траекториям, изменяющимся под действием случайных возмущений со стороны физического вакуума.

Ортодоксов: А мне кажется, что получение всех этих псевдовероятностей является неизбежным результатом попыток втиснуть в рамки классической статистической физики квантовый объект, для описания которого просто требуется более ёмкое функциональное пространство.

Иноверцев: Совершенно верно. Примерно то же самое я имел в виду, говоря о необходимости развития более сложных представлений о движении микрообъектов в пространстве и времени.

Ортодоксов: По-моему, ты недооцениваешь принципиальную непреодолимость этого несоответствия свойств микрообъекта и возможностей классической схемы описания его движения.

Иноверцев: Если трудность принципиально неразрешима, то это должно найти своё выражение в строгом доказательстве математической теоремы. Но и в этом случае необходим будет поиск новых функциональных форм, заменяющих обычные категории пространственно-временного бытия. Думаю, с такой проблемой физики могут столкнуться при описании явлений, связанных с внутренней структурой самих элементарных частиц. В области же атомных явлений не только не доказана такая теорема, а, напротив, успешное решение задачи квазиклассического описания на основе формального использования так называемых псевдовероятностей убеждает скорее в возможности полного решения задачи на основе конкретного учёта более сложных свойств описываемого объекта.

Я могу и в рамках классической физики привести тебе убедительные примеры появления принципиальных трудностей описания поведения объектов, возникающих из-за отсутствия конкретных сведений об их сложной структуре.

Представь себе объект, состоящий из двух слабовзаимодействующих частей, из которых только одна наблюдаема каким-либо физическим прибором. Формальное описание движения только этой наблюдаемой части объекта будет иметь весьма странные особенности, на первый взгляд необъяснимые классической физикой. Но стоит догадаться о сложной структуре объекта, как за счёт учёта корреляции в движении отдельных частей можно будет построить вполне классическое описание в пространстве с удвоенным количеством фазовых переменных. В эту схему укладывается движение в жидкой или газообразной среде тела, испускающего упругие волны. Для получения совершенно неклассической картины поведения тела достаточно будет допустить только принципиальную ненаблюдаемость непосредственными приборами упругих волн среды. Вероятностный характер описания потребуется при малой массе частицы, когда существенно будет влияние случайных броуновских толчков. В поведении статистического коллектива из отдельных таких кентавров, составленных из объектов классической физики, будут наблюдаться загадочные “неклассические” свойства, напоминающие даже некоторые свойства квантовых микрочастиц. Например, отражение от экрана звуковой волны, опережающей движение частицы, приведёт к образованию стоячей волны, влияние на поведение броуновских частиц которой может быть выявлено в качестве закономерности только при исследовании коллектива таких индивидуальных частиц. Подобный объект имитирует нарушение принципа причинности не только из-за воспринимаемых им случайных молекулярных толчков, но также и в связи с влиянием на движение частицы отражающего экрана до того, как она приблизится к нему.

При прохождении же каждой частицы через щель в экране на её дальнейшее поведение будет влиять присутствие в экране других отверстий, через которые проходит волна, создающая затем интерференционную картину распределения плотности среды за экраном.

Ортодоксов: Интересно, а кто-нибудь рассчитывал в рамках классической физики закономерности движения таких кентавров?

Иноверцев: Думаю, что нет. Но ведь это только пример аналогии в классической физике, когда очевидна невозможность описания в обычном фазовом пространстве без привлечения аппарата псевдовероятностей или конкретного учёта сложной структуры самого объекта. Для объяснения квантовых явлений потребуется решить несоизмеримо более сложную задачу.

Однако я не сомневаюсь, что рано или поздно эта задача будет решена, и все мы будем удивляться гениальной прозорливости и мудрому упрямству Эйнштейна, до конца своих дней верившего в возможность существенного развития современной теории квантовых явлений.

Ортодоксов: А всё-таки странно у тебя получается. Ты по всем пунктам оценки научной деятельности Эйнштейна занимаешь прямо противоположную сложившемуся общественному мнению точку зрения. Все осуждают его позицию по отношению к квантовой механике. Ты же представляешь её примером мудрости.

Иноверцев: Нет. Я говорю о его правоте только в одном из аспектов его спора с Н. Бором. Однако надо помнить, что слепое следование примеру большинства в научном мышлении никогда ещё не приводило к принципиально новым результатам. Только строгий логический анализ и умение делать собственные выводы, невзирая на авторитеты и руководствуясь только полностью осознанными научными аргументами, могут привести к открытию новых ещё не осознанных большинством истин.

Кстати, в оценке деятельности и правильности научной ориентации Эйнштейна я вовсе не по всем пунктам расхожусь с мнением большинства научной общественности. Так же, как и другие, я сожалею о многих годах напряжённого труда, затраченных Эйнштейном на бесплодные поиски единой теории электромагнитных и гравитационных явлений. Но научную необоснованность я вижу не вообще в постановке этой проблемы, а в конкретном пути её решения на основе геометризации не только гравитационного, но и электромагнитного поля. Самое же удивительное, на мой взгляд, заключается в том, что безуспешные и ошибочные в своей основе попытки учесть в едином метрическом тензоре гравитационное и электромагнитное поля были предприняты самим создателем общей теории относительности. Ведь успех создания общей теории относительности основан прежде всего на универсальности гравитационного взаимодействия и уже затем на количественной тождественности этих сил также универсальным силам инерции. А так как электромагнитное поле не является всеобщим, универсальным, то формальное сведение его к геометрии не может иметь физического обоснования.

Этот удивительный и парадоксальный факт позволяет нам увидеть и другую сторону той особенности творчества А. Эйнштейна, которая состоит в развитии им принципиально ненаглядного способа теоретического мышления. Действительно, А. Эйнштейн обладал удивительной способностью находить пути к окончательному решению физической проблемы без воздвижения вспомогательных лесов на фундаменте прежних физических представлений. При построении здания новой теории А. Эйнштейн, целиком исходил только из новых принципов и формальной логики теоретического мышления, не связанной с наглядностью прежних физических представлений. Вспомогательные леса, связывающие новую теорию с прежними физическими представлениями, не воздвигались и после формального построения здания новой теории. Казалось бы, в них уже нет надобности после создания новой теории. Однако на самом деле именно эти вспомогательные промежуточные построения позволяют в полной мере уяснить соотношение новых физических представлений с прежними.

Ортодоксов: К сожалению, пора заканчивать наше затянувшееся обсуждение. Пока я смог убедиться только в твоей крайней уверенности в необходимости развития квантовой теории с целью выяснения, как ты говоришь, непосредственно наблюдаемых свойств микрочастиц. Думаю, однако, что большинство физиков не могут без оснований отрицать возможности такого развития теории.

Иноверцев: Я не сомневаюсь, что окончательное решение нашего спора дадут лишь дальнейшие теоретические исследования всего комплекса затронутых вопросов. Не сомневаюсь, что в будущем будет оценена и важность вклада тех, кто отстаивал саму постановку этой проблемы, несмотря на критическое отношение признанных авторитетов и их сегодняшних многочисленных последователей.