Капра Фритьоф

Дао Физики

сорока лет физики не могут остановиться на какой-либо метафизической модели, которая четко соответствовала бы квантовой теории.

Этот рассказ основан на так называемой копенгагенской интерпретации квантовой теории, разработанной в конце двадцатых годов нашего века Бором и Гейзенбергом и до сих пор являющейся наиболее общепринятой моделью. Я буду опираться на описание этой модели, данное в работе Генри Стаппа из Калифорнийского университета и сосредотачивающееся на соответствующих аспектах квантовой теории и на определенной разновидности экспериментальных ситуаций, которая часто встречается в субатомной физике (другие аспекты теории мы будем рассматривать позже) [70, 1303]. Стапп самым очевидным образом доказывает, что одно из следствий квантовой теории - представление о принципиальной взаимосвязанности всех явлений природы, а также описывает теорию в том контексте, который будет необходим в дальнейшем, при рассмотрении релятивистских моделей субатомных частиц.

Отправной пункт копенгагенской интерпретации - разделение физического мира на наблюдаемую систему (объект) и наблюдающую систему. Наблюдаемая система может быть атомом, субатомной частицей, атомным процессом и т. д. Наблюдающая система состоит из экспериментального оборудования и одного или нескольких людей-наблюдателей. Значительная сложность заключается в том, что две эти системы рассматриваются совершенно по-разному. Наблюдающую систему описывают в терминах классической физики, что не может быть сделано по отношению к наблюдаемому объекту с должной последовательностью. Мы знаем, что классические представления неадекватны на уровне атома, но пользуемся ими для описания экспериментов и подведения итогов. И нет возможности избежать этого парадокса. Технический язык классической физики - лишь очищенный и усовершенствованный повседневный язык, и для описания результатов экспериментов мы не располагаем ничем иным.

Квантовая теория описывает наблюдаемые системы в терминах вероятностей. Это значит, что мы никогда не можем с точностью утверждать, где будет находиться в определенный момент субатомная частица и каким образом будет происходить тот или иной атомный процесс. Все, что мы можем сделать, это предсказать вероятности. Например, большинство частиц, известных в настоящее время, неустойчивы, то есть они, по прошествии определенного времени, распадаются, или разлагаются, на другие частицы. И точно сказать, когда это произойдет, нельзя. Мы можем только предсказать вероятность распада частицы по прошествии определенного времени, то есть указать среднюю продолжительность существования большей части частиц какой-то определенной разновидности. То же самое можно сказать о способе распада. Как правило, частица может распасться на различное количество разнообразных частиц, и снова мы не можем предугадать, какие именно частицы станут продуктом распада исходной частицы. Единственное, что мы можем сказать, это то, что из некоторого большого количества частиц, скажем, шестьдесят процентов частиц распадутся одним образом, еще тридцать - другим, и, наконец, еще десять процентов - третьим. Понятно, что для того, чтобы проверить истинность таких статистических выкладок, нужно произвести множество измерений. И это действительно так - ведь для того, чтобы произвести один эксперимент в области физики высоких энергий, фиксируются и подвергаются анализу десятки тысяч столкновений частиц, и только тогда можно определить вероятность какого-либо процесса.

Важно осознать, что статистические формулировки законов атомной и субатомной физики не отражают нашего незнания физической ситуации, как в случае с использованием вероятностей страховыми компаниями или игроками в азартные игры. В квантовой теории вероятность следует воспринимать как основополагающее свойство атомной действительности, управляющее ходом всех процессов и даже существованием материи. Субатомные частицы не столько существуют в определенное время в определенных местах, сколько могут существовать, а атомные явления не столько происходят определенным образом в определенные моменты времени, сколько могут происходить.