Успехи и недостатки теории Бора

Следует указать также на то, что квантовый способ описания как более конкретный и совершенный требует соответствующего математического аппарата, применение которого в свою очередь, ведет к выявлению новых фундаментальных свойств материи. Толкование понятий, используемых в квантовой теории, диктует необходимость обобщения понятия состояния системы на основе понятий вероятности и потенциальной возможности. Понятие вероятности в квантовой механике вовсе не говорит о некоторой неполноте нашего знания о микромире, а наоборот, являясь существенным элементом квантово-механического описания, дает возможность уточнить само представление о полноте описание. Понятие вероятности существенно необходимо, поскольку для данных внешних условий результаты взаимодействия объекта и прибора не предопределены однозначно, а характеризуются некоторым вероятностным распределением. Это вероятностное распределение результатов взаимодействия отражает потенциальные возможности, которые объективно существуют при определенных условиях.

При квантовом описании следует иметь в виду, что, изучая взаимодействие между прибором и объектом, мы можем применять приборы различных типов. Использовать такие приборы одновременно невозможно, и это также говорит о различных потенциальных возможностях. Кроме того, существуют различные потенциальные возможности реагирования объекта на включение того или иного прибора в процессе измерения квантовой величины. При таком положении дел теория не может не быть принципиально вероятностной. Эта вероятность — не следствие неполноты теории, как считал Эйнштейн, не недостаток ее, а достоинство. Существующие потенциальные возможности обеспечивают полное описание поведения и состояния микрообъекта, и математическая форма законов квантовой механики адекватно отражает эти потенциальные возможности. Вероятностное распределение результатов измерения можно вычислить через волновую функцию как квадрат ее модуля. И поскольку квантовое описание исчерпывает все потенциальные возможности, постольку его необходимо считать полным. Сама природа такова, что теория не может отражать ничего, кроме того, что проявляется в совокупности потенциальных возможностей. Хотя, надо отметить, что и такое толкование квантовой механики с обыденных позиций кажется в лучшем случае маловразумительным.

Так или иначе, дискуссия относительно полноты квантовой теории, по мнению В.А.Фока, этим исчерпывается, поскольку введение представления о потенциальной возможности, как он считает, снимает все проблемы, дает ответы на поставленные еще Эйнштейном вопросы. Таков результат обобщения принципа относительности на квантовую механику. Но в этом случае новое освещение получает принцип дополнительности, конкретизируясь в контексте относительности к средствам наблюдения.

Новый вид относительности, отличный от классической эйнштейновской относительности, можно назвать квантово-механической относительностью. При этом необходимо отметить, что квантово-механическая относительность неоднозначна и ее можно трактовать не только как относительность к измерительному прибору. Так, Ю.М.Ломсадзе предпринял попытку истолковать ее шире, распространив на отношение к субъекту⁴⁷. Д.И.Блохинцев рассматривает квантово-механическую относительность как независимую от присутствия наблюдателя и процесса наблюдения по отношению к макроскопической обстановке⁴⁸. Возможна и другая интерпретация этого вида относительности: как относительности к виду и типу физического взаимодействия, что отстаивает Б.Я.Пахомов⁴⁹.

Особый  интерес вызывает соотношение дополнительности и относительности в контексте  информационной интерпретации последней. В этом случае относительность рассматривается в связи с информационными условиями, в которых находится наблюдатель. В соответствии с «трехэлементной» концепцией, развиваемой П.С.Дышлевым⁵⁰, информационные условия относятся к условиям познания. Взгляды П.С.Дышлевого представляют собой конкретизацию гносеологического тезиса о взаимодействии между субъектом и объектом познания. Согласно этому тезису, в методологии физики взаимная связь между субъектом и объектом познания принимает следующий вид: физический объект — условия познания — наблюдатель.

Как известно, объекты познания в классической физике и квантовой физике существенно  отличаются друг от друга, при этом в квантовой теории в силу специфики  ее объекта невозможно пренебрегать взаимодействием между объектом и исследовательским средством. Наблюдатель получает информацию не только о физическом объекте как таковом, но одновременно и о влиянии наблюдательного средства на этот объект в процессе измерения. Столь значительная роль субъекта в квантовой физике предполагает, что наряду с представлением о наблюдателе необходимо ввести еще и представление об условиях познания как новом элементе познавательного отношения. Но повышение роли субъекта в процессе познания микромира не означает субъективизации физического познания, поскольку субъект непосредственно не вносит никаких существенных возмущений в исследуемую физическую систему, а его воздействие на процесс исследования заключается в выборе определенной исходной материальной системы (системы отсчета), в усовершенствовании экспериментального прибора, в подготовке и реализации физического опыта. Повышение роли субъекта имеет место в теоретической части квантовой физики: здесь это касается формулирования и обоснования новых физических идей и теорий, создания новой физической картины мира.

Под условиями  познания на уровне эксперимента П.С.Дышлевый предлагает понимать весь фон, на котором  протекает физическое явление, а  также средства исследования: отправные  системы и измерительные средства, конструируемые на основе определенных теоретических предпосылок. Условия познания на теоретическом уровне — это язык наблюдения, принятый в теории, а также тот научный фон, который определяет средства теоретической интерпретации: философские и логические предпосылки, модели, фундаментальные понятия, фундаментальные теории, известные закономерности развития теории, методологические принципы и т.п. На экспериментальном и теоретическом уровнях условия познания являются связующим звеном между физическим объектом познания и наблюдателем. В трехэлементной схеме познавательного отношения роль наблюдателя выполняет человек, который постепенно познает физический мир с помощью экспериментальных и теоретических средств.

Принцип квантовой относительности можно  рассматривать как частный случай единого гносеологического принципа относительности к системам абстрагирования. Согласно М.Д.Ахундову и Р.Р.Абдуллаеву⁵¹, под системой абстрагирования следует понимать «пространство», в котором локализуется исследуемый объект. Такое пространство трактуется как множество, в котором задана определенная организация. Ее можно представить в виде системы отсчета, экспериментальной установки, определенной физической теории и т.д. Во всяком случае реализуются различные связи в различных множествах элементов.

С таких  позиций эволюция систем абстрагирования  выглядит в историческом развитии познания так. На раннем этапе познания человек  использовал в качестве единственной системы абстрагирования самого себя. Впоследствии познание разделилось на эмпирическое и теоретическое, и эти два направления постепенно эволюционировали в системы абстрагирования. На начальных стадиях эмпирического познания, когда не было никаких наблюдательных приборов, эмпирическое и чувственное познание не было разделено. Создание таких приборов, как, например, телескоп и микроскоп, характеризует определенный уровень развития эмпирического познания, на котором происходит расширение границ познавательных возможностей человека, возможностей его органов чувств. Теперь человек может наблюдать объекты и процессы, которые прежде были недоступны невооруженному глазу. При этом появляется новая специфическая относительность к системам абстрагирования, соответствующая различной чувствительности приборов. Например, тогда, когда прибор с небольшой чувствительностью показывает некий объект как непрерывный, другой прибор, обладающий большими разрешающими возможностями, показывает этот же объект как дискретный.

Различным представлениям об относительности  в физике соответствуют различные системы абстрагирования. Эти системы таковы: абсолютное пространство (или эфир) как некоторая уникальная система отсчета, класс инерциальных систем и класс систем, находящихся под воздействием гравитации. Каждому из этих трех классов систем соответствуют фундаментальные физические теории: классическая механика, специальная теория относительности и общая теория относительности. Если в классической механике возможно одно-единственное описание физического объекта, то в рамках релятивистских теорий это в принципе невозможно. Как известно, падающий в движущемся вагоне предмет имеет различные реальные траектории относительно вагона, относительно Земли и относительно Солнца. Эти траектории несовместимы в пределах одной системы отсчета и в этом смысле дополнительны. В еще большей степени подобная относительность характерна для общей теории относительности.

В квантовой  механике относительность к системам абстрагирования проявляется иначе: в виде системы абстрагирования  выступает экспериментальный прибор. Концепция относительности к средствам наблюдения, сформулированная В.А.Фоком, выглядит здесь как частный случай общего гносеологического принципа относительности к системам абстрагирования. Познание микрообъекта возможно через применение дополнительных по отношению друг к другу экспериментальных приборов: один из них выявляет корпускулярные, другой волновые свойства.

По мнению М.Д.Ахундова и Р.Р.Абдуллаева⁵², необходимо выделять горизонтальную и вертикальную дополнительность. Дополнительность горизонтальна, когда она применяется на одном уровне организации, когда понятие относительности к системам абстрагирования используется как понятие с одинаковыми разделительными свойствами. Горизонтальная дополнительность позволяет получать «проекции» объекта исследования и на этой основе реконструировать его как целостность, как единство многообразия. Если же речь идет об относительности к системам абстрагирования с различными разделительными свойствами, когда в познании происходит переход с одного уровня организации на другой, то можно говорить о вертикальной дополнительности. Вертикальная дополнительность позволяет построить определенную иерархию. Исследуемый объект конструируется как система взаимодействия между структурами и их элементами.

В то же время можно выделять и два других вида дополнительности: дополнительность внутри данного уровня организации и дополнительность между уровнями. В первом случае используются специфические преобразования, которые связывают определенные характеристики в различные абстрактные системы. Такие преобразования сохраняют некоторые величины и характеристики неизменными — это инварианты теории. Но если совершается переход к более широкой области, то появляются новые инварианты в структуре новой, более общей теории, а старые инварианты остаются действенными в определенных границах, обусловленных преемственностью между старой и новой теориями. Такая преемственная дополнительность есть дополнительность между определенными уровнями. С этой точки зрения инвариантность характеризует разделительные свойства систем абстрагирования. Идея преемственной дополнительности между старой и новой теориями ведет к принципу соответствия и еще раз указывает на связь между соответствием и дополнительностью. Теории, которые находятся в отношении соответствия, дополнительны.

Открытие  связи между принципом дополнительности и принципом относительности  в развитии физического познания вполне закономерно. Известно, что теория относительности Эйнштейна —  одна из основных теоретических предпосылок  возникновения и развития концепции дополнительности Бора. При разъяснении своих взглядов Бор часто пользовался аналогиями с теорией относительности и даже предлагал назвать свою концепцию теорией дополнительности, но последнее не получило поддержки. «Теория относительности,— писал Бор,— научила нас, что целесообразность требуемого нашими чувствами резкого разделения пространства и времени основана только на том, что обычно встречаемые скорости малы по сравнению со скоростью света. Можно говорить, что открытие Планка подобным же образом привело к пониманию того, что целесообразность причинной точки зрения обусловливалась малостью кванта действия по сравнению с теми действиями, которые встречаются в обычных явлениях»⁵³. Но одновременно Бор понимал, что данная аналогия не может быть полной, поскольку, как уже не раз отмечалось, в классической физике явление можно наблюдать без оказания на него какого-либо влияния, а квантовый постулат предполагает неустранимое влияние на наблюдаемое со стороны средств наблюдения.

Теория  Эйнштейна в известном смысле является и методологической предпосылкой развития теории дополнительности. Бор считал, что теория относительности открыла новые возможности для понимания явлений, кажущихся несовместимыми. По его мнению, «возникшая в атомной физике необходимость заново рассмотреть те основания, на которые должно опираться непротиворечивое применение элементарных физических идей, напоминает в некотором смысле ситуацию, с которой в свое время столкнулся Эйнштейн»⁵⁴. Эйнштейновский релятивистский способ мышления сыграл важную методологическую роль в оформлении боровского дополнительного способа мышления. В своем ответе на статью А.Эйнштейна, Б.Подольского и Н.Розена Бор писал: «... Мне хотелось бы отметить то огромное значение, которое имеет преподанный общей теорией относительности урок для вопроса о физической реальности в области квантовой теории. В самом деле, несмотря на все характерные различия, между положением вещей в обоих обобщениях классической теории имеется поразительная аналогия...»⁵⁵.

Понимая и подчеркивая сходные черты, аналогию и преемственность между теорией относительности и концепцией дополнительности, Бор учитывал и различия между ними. Прежде всего это различия в понимании причинности. Если теория относительности объединяет причинное пространственно-временное описание физических явлений, где пространство и время в совокупности с энергией и импульсом образуют единую картину, то концепция дополнительности утверждает, что такой классический идеал при описании атомных процессов недостижим. Теория относительности представляет собой своеобразную кульминацию в развитии классической теории, квантовая же теория качественно иная, так как в ней пространственно-временные представления несовместимы с понятиями энергии и импульса, которые необходимы для причинного описания.