“Парадоксы” квантовой механики глазами “реалиста-эмпирика”, “конструктивиста-эмпирика” и “конструктивиста-рационалиста”.1996. (Липкин А.И.)

Содержание

А.И.Липкин

“Парадоксы” квантовой механики глазами

“реалиста-эмпирика”, “конструктивиста-эмпирика” и “конструктивиста-рационалиста”*

“Взгляды Эйнштейна представляют собой философское убеждение, которое не может быть ни доказано, ни опровергнуто физическими аргументами. Единственное, что можно сделать в плане возражения этой точке зрения, это сформулировать другое понятие реальности...”. М.Борн [5, с. 170]

1. Введение

В квантовой механике сложилась уникальная ситуация. Вот уже более 70 лет в этой развитой и эффективной науке сосуществует несколько спорящих между собой традиций (куновских “парадигм”), называемых “интерпретациями”. Главные из них – “копенгагенская”, отцами которой были Н.Бор, В.Гейзенберг, М.Борн, и “классическая”, отстаиваемая ориентировавшимися на идеалы ньютоновской классической механики А.Эйнштейном, Э.Шредингером, Л. де Бройлем. Последние сформулировали свои претензии к первым в виде набора парадоксов, доказывающих, с их точки зрения, неполноту и незаконченность квантовой механики как физической теории. Эти “парадоксы” интенсивно обсуждаются физиками и сегодня [см., например: 12; 28; 26; 32 и др.].

Мы хотим показать, насколько формулировка этих парадоксов и даже само их существование зависят от мировоззренческой эпистемологической позиции. Для этого мы рассмотрим парадоксы с трех указанных в названии статьи позиций, последняя из которых, развиваемая автором [14], малоизвестна и поэтому будет изложена более подробно. Формулировки широко обсуждающихся в современной философии науки первых двух мы заимствуем у видного современного американского философа науки ван Фраассена.

Согласно ван Фраассену, его оппоненты – представители “реалистического эмпиризма”1 утверждают, что “картина мира, которую наука дает нам, является истинной картиной мира,... и сущности, постулируемые в науке, действительно существуют: наука продвигается посредством открытий, а не изобретений... Цель науки – дать нам истинную историю о том, как выглядит мир; и принятие научной теории включает веру в то, что это есть истина” [33, р. 7-8].

Согласно же ван фраассеновскому “конструктивному эмпиризму”: “цель науки – дать нам теории, которые являются эмпирически адекватными; и принятие теории включает, как веру, только то, что она эмпирически адекватна” [33, р. 12]. Под “эмпирической адекватностью” имеется в виду совпадение эмпирических проявлений теоретической модели явления и самого явления. Под “конструктивизмом” он имеет в виду “взгляд, согласно которому научная деятельность является скорее конструированием, чем открытием: конструирование моделей, которые должны быть адекватны явлению, а не открытие истины, имеющей отношение к ненаблюдаемому” [33, р. 5].

Рационализм ван Фраассен в расчет не берет, ибо считает, что именно “эмпиризм всегда был главным философским ориентиром в изучении природы” [33, р. 3], однако, если всерьез отнестись к логической и исторической критике эмпиризма Д.Юмом, К.Поппером, Т.Куном и другими постпозитивистами, то такое пренебрежение к рационализму выглядит не вполне обоснованным.

2. ”Конструктивно-рационалистическая” модель физической науки

Третья, авторская позиция получена в результате рассмотрения творчества Г.Галилея в контексте всей физики Нового времени вплоть до современной квантовой механики.

Если обратиться к его “Беседам о двух новых науках...”, где изложен его подход к решению задачи о свободно падающем теле, из которой, с нашей точки зрения, родилась механика и вся новоевропейская физика, то, к удивлению многих, обнаружится, что основой его построений является не эмпирическое наблюдение, а теоретическое убеждение в том, что природа “стремится применить во всяких своих приспособлениях самые простые и легкие средства.... Поэтому когда я замечаю, что камень, выведенный из состояния покоя и падающий со значительной высоты, приобретает все новое и новое приращение скорости, не должен ли я думать, что подобное приращение происходит в самой простой и ясной для всякого форме? Если мы внимательно всмотримся в дело, то найдем, что нет приращения более простого, чем происходящее всегда равномерно...” [6, с. 238]. Схема “физической” работы Галилея такова: задается закон движения – тела падают с одинаковой скоростью (в 3-й и 4-й “дни” – равномерноускоренно) – и в результате мысленных физических экспериментов происходит создание элементов физической модели: тела, идеального движения в пустоте и мешающей этому идеальному движению среды [14].

Отметим, использование, фактически, процедуры “по определению” (альтернатива декартовским “врожденным идеям” и кантовским “априорным формам”) при введении Галилеем “пустоты” – такой идеальной среды, где его идеальное падение тела и реальное совпадают, и “среды” – того, что отклоняет реальное падение от идеального (т.е. основные законы физики есть определения, как это утверждали Ж.Даламбер и Э.Мах). А далее надо суметь воплотить в материал определение-проект этой идеальной среды, как это делает инженер со своим проектом. И Галилей делает это в ходе созданного им эксперимента, создавая “гладкие наклонные плоскости” и другие “конструктивные элементы” инженерной конструкции. Аналогичный ход просматривается для классической механики2, электродинамики и других разделов физики.

Именно Галилей (в своих “Беседах...”) задал основу структуры естественной науки Нового времени, характеризующуюся изображенной на схеме 1 связью между теорией (“Т-блок” состоящий из двух слоев: физической модели (ФМ) и математического представления (МП)3) и реальным материалом (“конструктивные элементы” – КЭ и процедуры измерения И-, определяющие “измеримые величины”) посредством эксперимента (вертикальные стрелки с индексом Э)4.

Принципиально важно, что “в отличие от опытов, которые проводили многие ученые до Галилея, эксперимент предполагает, с одной стороны, вычленение в реальном объекте идеальной составляющей (при проецировании на реальный объект теории), а с другой – перевод техническим путем реального объекта в идеальное состояние, т.е. полностью отображаемое в теории” [19, с. 141]. Опыты, как они понимаются в эмпирической традиции, идущей от Фр.Бэкона, дают некий исходный эмпирический материал (“эмпирический хаос” [14]) типа “донаучных” образов движения, газа и др. Посредством эксперимента реализуются научные “идеальные объекты”: идеальное движение в пустоте, идеальный газ и др.5

“Идеальные объекты” “специфицируются... относительно идеальной действительности” [19, с. 13], которую здесь задает раздел физики (науки) – основная единица анализа для развиваемого нами подхода. Раздел физики (включающий в себя эксперимент и измерение в качестве своих составляющих) мы сначала берем как заданный (скажем, в реферативных журналах и учебниках) исходный эмпирический материал. Затем он определяется теоретически через отображенную на схеме 1 структуру (с соответствующим содержательным наполнением), называемую “ядром раздела науки” (на основе последнего возможно рассмотрение множества явлений и задач, составляющих наполнение более широкого понятия – раздела науки).

В рамках этой модели ядро раздела физики (науки) служит “оболочкой” для конституирующих его “фундаментальных идеальных объектов” (ФИО). Примерами ФИО является тело, сила и пустота в классической механике, заряженная частица и электромагнитное поле в электродинамике, квантовая частица в квантовой механике и т.п. Образы ФИО, которые используются для построения моделей эмпирических явлений и “картины мира” [20], задаются в модельном ФМ-слое, хотя их поведение определяется в математическом МП-слое. Такая, заданная еще Галилеем, двухслойность (ярко проявляющаяся в использовании для решения одной задачи различных математических представлений типа Ньютона, Лагранжа, Гамильтона и др.) широко используется в науке, развивающейся за счет работы как в модельном, так и в математическом слое, но часто не замечается как учеными, так и философами из-за того, что в послелоренцевой физике на первый план вышла математическая “степень свободы”. Отличительной чертой элементов “ФМ-слоя” является их непосредственное выражение через “измеримые величины”.

Структура теоретической части раздела физики (Схема 1), заданная еще Галилеем и Ньютоном при создании классической механики, представляет собой структурную модель описания движения-перемещения (что служит для нас основой для теоретического определения физики в целом). В ней “физическая модель” состоит из остающегося тождественным самому себе “тела-системы” – А, “времени”- t и изменяющихся со временем “состояний” системы – SА(t) (в “пространстве состояний”), описывающих “движение-перемещение”. “Математическое представление” состоит из математических образов соответствующих элементов физической модели М{SА(t)} (процедуры соотнесения соответствующих элементов модели и их математических образов обозначены вертикальными стрелками) и “уравнения движения” (УД), связывающего состояния системы в различные моменты времени, определяя этим поведение системы и составляющих ее фундаментальных идеальных объектов.

Автор утверждает, что исходные положения (“экспериментальные факты”- аксиомы), которые задают любой раздел физики, по существу, отвечают на вытекающие из схемы 1 вопросы: 1) о физической системе; 2) о пространстве состояний системы; 3) о “математическом представлении”, включающем 4) описание процедуры соотнесения соответствующих элементов модели и их математических образов и 5) уравнении движения, а поскольку движение связывается с определенной “инерциальной” системой отсчета, встает вопрос 6) о законе преобразования от одной “инерциальной” системы отсчета к другой; 7) о процедурах измерения используемых в модельном ФМ-слое измеримых величин. Этот тезис подтверждается разбором различных разделов физики, проводимых в [14].