Вернер Гейзенбер - Шаги за горизонт

• Название: Шаги за горизонт
• Автор: Вернер Гейзенбер
• Издательство: Прогресс
• Жанр: Философия
• Год: 1987

В. Гейзенберг — один из пионеров современной теоретической физики, который закладывал основы атомной физики. С не меньшей смелостью и глубиной ставил и решал он связанные с нею философские, логические и гуманитарные проблемы.

Сборник составлен на основе двух книг В. Гейзенберга: «Шаги за горизонт» (1973) и «Традиция в науке» (1977). В нем дается теоретико-познавательное, гносеологическое осмысление новейших научных достижений, путей развития теоретической физики.

Издание рассчитано как на философов, так и на широкий круг ученых-естествоиспытателей.

---

Перейду теперь к философии, которой сознательно или неосознанно руководствуется физика элементарных частиц. Вот уже две с половиной тысячи лет философы и естествоиспытатели обсуждают вопрос о том, что произойдет, если попытаться делить материю все дальше и дальше. Каковы минимальные составные части материи? Разные философы давали на этот вопрос разноречивые ответы, каждый из которых оказал свое влияние на историю науки о природе. Самый известный ответ принадлежит философу Демокриту. При попытке делить вещество все дальше и дальше, утверждает он, мы в конечном счете натолкнемся на неделимые, неизменные объекты — атомы, pi все вещества состоят из таких атомов. Взаиморасположение и движения атомов определяют качество вещества. У Аристотеля и его средневековых продолжателей минимальная частица вещества понимается не в столь узком смысле. Здесь для каждого вида вещества, правда, есть свои наименьшие частицы — при дальнейшем делении эти частицы уже не будут обладать характерными свойствами данного вещества, — однако аристотелевские наименьшие частицы подвержены непрерывному изменению, подобно самим веществам. Таким образом, в математическом смысле вещество делимо до бесконечности; материя представляется континуумом.

В наиболее явную оппозицию Демокриту встал Платон. Пытаясь продолжать деление дальше и дальше, мы, по мнению Платона, в конце концов натолкнемся на математические формы: правильные стереометрические тела, определяемые своими свойствами симметрии, и треугольники, из которых их можно составить. Эти формы не сама по себе материя, но они формируют материю. В основе стихии Земли лежит форма куба, стихии огня — форма тетраэдра. Всем этим философам присуще стремление как-то преодолеть ту антиномию бесконечно малых величин, которую, как известно, подробно разбирал Кант[66].

Предпринимались и предпринимаются, естественно, и более наивные попытки рационализировать эту антиномию. Некоторые биологи, скажем, приходят к представлению о том, что в зернышке яблока содержится маленькая невидимая яблоня, она тоже цветет и плодоносит, в ее плодах опять-таки содержатся семена, в которых таится еще меньшая яблоня, и так далее до бесконечности. Аналогичным образом, когда появилась гипотеза Бора — Резерфорда об атоме как планетной системе в миниатюре, мы не без увлечения развивали тезис, согласно которому на планетах этой системы, то есть на электронах, тоже живут крошечные существа, строят дома, пашут поля и занимаются атомной физикой, в свою очередь приходят к теории атома как миниатюрной планетной системы и так далее до бесконечности. Здесь всякого подстерегает, как я уже сказал, Кантова антиномия, гласящая, что, с одной стороны, очень трудно представить себе материю бесконечно делимой, но, с другой, — не менее трудно и представить себе какой-то убедительный конец такому делению. Как мы теперь знаем, причина возникновения антиномии заключается в конечном счете в нашем ошибочном убеждении, будто мы вправе прилагать свои наглядные представления к тому, что происходит в мире предельно малых объектов. Атомистическое учение Демокрита, несомненно, оказало сильнейшее воздействие на физику и химию последнего столетия. Оно позволяет давать наглядное описание элементарных химических процессов. Атомы можно сравнивать с точечными массами ньютоновской механики, а подобное сравнение позволяет построить удовлетворительную статистическую теорию теплоты. Атомы химиков, правда, отнюдь не были точечными массами, они были крошечными планетными системами с ядром, состоящим из протонов и нейтронов, но считалось, что электрон, протон и обнаруженный позднее нейтрон все же являются в подлинном смысле атомами, то есть последними неделимыми строительными кирпичиками материи. Таким образом, за последние 100 лет демокритовская атомистика служила для физиков общей основной их материалистической картины мира; она легко поддавалась интерпретации, была до известной степени наглядной и определяла образ мысли даже тех физиков, которые не желали иметь ничего общего с философией. Здесь-то я и хотел бы обосновать свое критическое замечание о том, что в сегодняшней физике элементарных частиц дурная философия исподволь губит хорошую физику.

Нам неминуемо приходится пользоваться языком, коренящимся в традиционной философии. Мы спрашиваем: из чего состоит протон? Можно ли разделить электрон или он неделим? Прост или составен квант света? И так далее. Но все эти вопросы поставлены неправильно, потому что слова «делить» и «состоит из» в значительной мере утратили свой смысл. Нам следовало бы, соответственно, приспособить наш язык и наше мышление, а значит, и нашу философию природы к этой новой ситуации, вытекающей из экспериментальных данных. К сожалению, это крайне трудно. И вот в физику элементарных частиц снова и снова просачиваются ложные вопросы и ложные представления, заводя ее в те тупики, о которых я сейчас буду говорить. Сперва, однако, краткое замечание относительно требования наглядности.

Существовали философы, считавшие наглядность предпосылкой всякого подлинного понимания. Так, например, философ Г. Динглер здесь, в Мюнхене, выдвигал против теории относительности то соображение, что наглядная евклидова геометрия — это единственная верная геометрия, потому что мы исходим из нее при постройке наших измерительных аппаратов; и в этом Динглер, между прочим, совершенно прав[67]. Поэтому, продолжает он, те экспериментальные реалии, которые лежат в основе теории относительности, должны описываться с помощью евклидовой, а не с помощью отличающейся от нее римановой геометрии, ибо иначе мы запутаемся в противоречиях. Но подобное требование явно заходит слишком далеко. Для обоснования того, что мы делаем при экспериментах, достаточно, чтобы в пределах размеров наших аппаратов евклидова геометрия «работала» с достаточно хорошим приближением. Мы вынуждены поэтому примириться с тем, что наши эксперименты в области самых малых и самых крупных явлений уже не предоставляют нам никаких наглядных образов, и нам надо научиться выходить тут из положения, не опираясь на наглядность. Тогда перед нами откроются новые перспективы; мы поймем, например, что неразрешимая антиномия бесконечно малых частиц разрешается очень изящным образом, не приходившим в голову ни Канту, ни античным философам, — а именно за счет того, что слово «делить» утрачивает свой смысл.

Если постижения современной физики элементарных частиц сравнивать с какой-либо из философий прошлого, то речь может идти лишь о платоновской философии; в самом деле, частицы современной физики суть представления групп симметрии — этому нас учит квантовая теория, — и, стало быть, частицы аналогичны симметрическим телам платоновского учения.

Однако будем все-таки заниматься не философией, а физикой, и поэтому я хочу перейти теперь к тем направлениям в теоретической физике частиц, которые, на мой взгляд, исходят из ложной постановки вопроса. Прежде всего мы имеем тезис о том, что наблюдаемые частицы, как-то: протоны, пионы, гипероны и многие другие — состоят из меньших по величине, не наблюдаемых частиц, кварков, или же из партонов, глюонов, очарованных частиц или других воображаемых частиц, как бы их ни именовали. Вопрос был здесь явно поставлен так: «Из чего состоят протоны?» Люди при этом забыли, что слово «состоит» обладает сколько-нибудь отчетливым смыслом только тогда, когда соответствующую частицу удается с малой затратой энергии разложить на составные части, масса которых заведомо больше этой затраты энергии; иначе слово «состоит» не имеет смысла. Именно такова ситуация с протонами. Чтобы продемонстрировать подобное обессмысливание, казалось бы, вполне определенного слова, рискну рассказать вам одну историю, которую любил приводить в подобных случаях Нильс Бор. Ребенок входит в бакалейную лавку с двухгрошовой монетой в руках и говорит продавцу, что хотел бы на два гроша конфетной смеси. Продавец протягивает ему две конфеты со словами: «А смесь из них ты можешь сделать сам». Понятие «состоит из» имеет в отношении протона ровно столько же смысла, сколько понятие «смешивать» в истории с маленьким покупателем.

Многие тут возразят: но ведь гипотеза о кварках возникла все-таки из экспериментальных данных, а именно из констатации эмпирической релевантности группы SU3, и, кроме того, она хорошо зарекомендовала себя при истолковании многих экспериментов также и за пределами применения группы SU3. Не стану спорить. Но мне хотелось бы привести в свою пользу пример из хорошо мне известной истории квантовой механики — пример, ясно показывающий слабость аргументации подобного рода. До теории Бора многие физики утверждали, что атом непременно должен состоять из гармонических осцилляторов; ведь оптический спектр содержит четкие линии, а они могут излучаться только гармоническими осцилляторами. Заряды в этих осцилляторах должны соответствовать иным значениям e/m, чем в случае электрона, а, кроме того, осцилляторов должно быть очень много, потому что в спектре имеется очень много линий.