Жанр: Философия
Квантовая теория и раскол в физике.
... это рассеяние ответственна именно физическая ситуация.
У нас есть источник, скажем позитроний, который испускает
в противоположенных направлениях пары провзаимодействовавших
частиц. Рассмотрим пары частиц, движущихся вдоль
положительной и отрицательной осей к двум экранам со щелями
A и B, ширину каждой из которых можно регулировать
(рис. 2). Позади щелей по обе стороны расположены наборы счетчиков
Гейгера, образующие полуокружности.
Допустим, что интенсивность излучения испускаемых частиц
очень низка, так что очень высока вероятность того, что две
частицы, которые действительно прореагировали до испускания,
будут зарегистрированы слева и справа одновременно.
Те из частиц, которые прошли сквозь щели A и B, будут регистрироваться
счетчиками Гейгера. Причем наши счетчики - счетчики
совпадений: они связаны таким образом, что регистрируют
лишь те частицы, которые одновременно проходят через A и B.
Тем самым почти достоверно, что подсчитываются только пары
провзаимодействовавшихдруг с другом частиц.
Теперь, делая щели A и B шире или уже, проверим гейзенберговский
разброс для обоих пучков частиц (движущихся направо
и налево). Если щели сужаются, то начинают работать счетчики,
расположенные выше и ниже по отношению к щелям. То, что
эти счетчики "вступили в игру", означает расширение угла рассеяния
при сужении щелей в соответствии с гейзенберговскими
соотношениями.
Сделаем щель A очень узкой, а щель B очень широкой. Согласно
ЭПР аргументу, мы измерили q\y для обеих частиц (одна
проходит через A, а вторая через B) с одинаковой точностью _q\y
щели A, поскольку мы теперь можем приблизительно с той же
самой точностью рассчитать координату y частицы, которая
проходит через B, хотя эта щель гораздо шире. Мы достигли
таким образом достаточно точного "знания" координаты q\y этой
частицы - косвенно измерили координату этой частицы по оси
y. И поскольку, согласно копенгагенской интерпретации эта
координата - наше знание, описываемое теорией и особенно
соотношениями Гейзенберга, мы ожидаем, что импульс p\y пучка,
приходящего через B, имеет такой же разброс значений, что
и у пучка, проходящего через щель A, хотя она намного уже,
чем щель B.
Однако рассеяние может быть, в принципе, проверено посредством
установленных счетчиков. Если копенгагенская интерпретация
верна, то такие счетчики, находящиеся за B и показывающие
широкое рассеяние (и узкую щель), должны теперь
подсчитывать совпадения: речь идет о счетчиках, которые
до того, как щель A была сужена, не считали каких-либо
частиц.
Подведем итог: если копенгагенская интерпретация верна,
то любое возрастание точности просто нашего знания координаты
q\y частиц, движущихся направо, должно увеличить их рассеяние,
причем это предсказание должно быть проверяемым.
Я склонен предположить, что проверка покажет против копенгагенской
интерпретации. Хотя отсюда будет следовать, что
тезис Гейзенберга о том, что его формула применима ко всем
видам косвенных измерений (тезис, который приверженцы копенгагенской
интерпретации - такие как фон Нейман - твердо
считают частью квантовой механики), подорван, сама квантовая
механика (например, формализм Шредингера) останется
в неприкосновенности.
Какой же будет координата, если наш эксперимент (вопреки
моему ожиданию) подтвердит копенгагенскую интерпретацию,
т.е. если частицы, чьи координаты по оси y косвенно измерены
в B, обнаружат возросшее рассеяние?
Это могло бы интерпретироваться как указание на действие
на расстоянии, и если так, то нам придется отказаться от эйнштейновской
интерпретации специальной теории относительности,
т.е. вернуться к интерпретации Лоренца, а вместе с нею к ньютоновскому
абсолютному пространству и времени. Мы не должны в
таком случае отказываться от какой-либо формулы специальной
теории относительности, ибо специальная относительность -
интерпретация формализма, и тот же самый формализм может
интерпретироваться либо как специальная теория относительности,
либо как лоренцевское представление, согласно которому
существуют абсолютные пространство и время, которые, однако,
по причинам, зафиксированным в формализме, не могут быть
обнаружены. Что же касается эйнштейновской интерпретации
специальной теории относительности, то она утверждает, что одновременность
не имеет абсолютного смысла, что если нет какого-либо
способа обнаружить абсолютное пространство и время -
когда это обнаружение действительно исключено формализмом,
то не следует и допускать их существование.
В свое время, конечно, лоренцевская приверженность покоящемуся
эфиру и ньютоновскому абсолютному пространству и
времени выглядела несколько скандальной, а релятивистская
интерпретация того же формализма была простой, элегантной и
убедительной. С моей точки зрения, решающим аргументом в
пользу эйнштейновской теории было то, что она показала возможность
замены ньютоновской теории (которая была более успешна,
чем какая-либо другая теория из когда-либо предлагавшихся
теорий) альтернативной теорией с более широкой областью
приложения, и так относящейся к ньютоновской теории, а
также что каждый успех последней будет успехом и альтернативной
теории, которая при этом корректирует и некоторые результаты
ньютоновской теории. Указанное логическое отношение
между этими двумя теориями, на мой взгляд, более существенно,
нежели то, какая из них является лучшим приближением
к истине.
Бор был, конечно же, страстным почитателем специальной
теории относительности. Он, как и почти всякий в то время, хотел
бы избежать ее опровержения. Если было бы показано, что
такое опровержение необходимо, чтобы защитить квантовую механику,
то это даже для Вора, по-видимому, означало бы, что
квантовая механика опровергнута. Так что специальная теория
относительности определила в какой-то степени тот стандарт,
которому квантовая механика должна была соответствовать.
Однако только теперь новые эксперименты, проистекающие
из работ Белла, создали ситуацию, в которой возможно предложение
заменить эйнштейновскую интерпретацию на лоренцевскую.
Если существует действие на расстоянии, то имеется чтото
похожее на абсолютное пространство. Вспомним, что до сих
пор при выборе между лоренцевской теорией и специальной теорией
относительности ничего похожего на решающий эксперимент
не проводилось. Если теперь из квантовой механики вытекают
теоретические аргументы в пользу введения абсолютной
одновременности, то они заставляют вернуться к лоренцевской
интерпретации.
Настоящий том Постскриптума посвящен главным образом
физическим проблемам. Эти проблемы тем не менее одновременно
подводят нас к тому, что я назвал "Метафизическим эпилогом",
в котором очерчен представляющийся мне новым и обещающим
путь рассмотрения физического космоса и особенно
проблемы материи, путь, на котором, как я надеюсь, станет возможным
разрешить трудности квантовой теории. Появление
этого тома поэтому вызвано к жизни не столько проблемами
микрофизической теории, которая важна сама по себе, сколько
проблемами физической космологии^.
Космологические размышления играют и всегда играли чрезвычайно
важную роль в развитии науки. Критически исследуя
эти умозрительные теории, мы можем в значительной мере развить
их, возможно до такой степени, что они будут допускать
эмпирическую проверку. (Так поступили авторы теории стационарной
расширяющейся вселенной, причем проверки привели к
отвержению этой теории.) Многие космологические спекулятивные
теории - в особенности в их начальных формулировках -
не могут быть эмпирически проверены и фальсифицированы,
поэтому я предпочитаю называть их скорее метафизическими,
чем научными.
В этом томе я ввел термин "метафизические исследовательские
программы", чтобы обозначить двойственный характер этих
космологических теорий: их программный характер, формирующий
и определяющий процесс научного исследования, их не^Интерес
к физической космологии в годы, последовавшие за периодом,
когда я написал эту часть Постскриптума,повел меня за пределы физики, в
особенности в биологию, к изучению человеческого духа и продуктов человеческого
духа, которые я назвал третьим миром. CM.: Objective Knoweledge,
1972; The Self and Its Brain, 1977, а также Afterword и Addenda к второму
тому Постскриптума.
проверяемость (по крайней мере на первых порах) и, стало быть,
метафизичность.
В "Метафизическом эпилоге" настоящего тома я сказал немного
об исследовательских программах вообще. Кроме того, я
предложил реальную исследовательскую программу, применимую
к действительным проблемам физики и биологии и обеспечивающую
их интерпретацию. По ходу введения моей метафизической
исследовательской программы мне пришлось вникнуть
в историю науки и реконструировать "ситуационную логику
(logic of situation)", а именно отчетливо сформулировать
последовательность проблемных ситуаций в физике (а затем и
биологии) в терминах, в которых должны рассматриваться моя
собственная метафизическая исследовательская программа, а
также ее многие предшественницы и соперницы, для того чтобы
быть понятыми, подвергнутыми критике и оцененными.
Где только не встретишь такие исследовательские программы!
Они определяют или возникают из того, что в какой-то момент
рассматриваются как удовлетворительное объяснение научной
проблемы. По-видимому, Томас Кун имел в виду что-то
близкое, когда употреблял термин " парадигмы "^. Моя точка
зрения, правда, радикально отличается от его точки зрения: я
смотрю на эти программы через призму ситуаций, которые могут
быть рационально реконструированы, и вижу в научной революции
результат рациональной критики, т.е. той деятельности,
которую в историческом развитии науки я считаю важнейшей.
Пусть опровержение научной теории так влияет на ученого,
что выглядит чем-то похожим на обращение в иную веру. Но
это будет рациональное обращение (например, ситуация с Резерфордом)^.
Название "метафизические исследовательские программы"
использовалось мною для обозначения некоторых исследовательских
программ в науке, а именно - для тех из них, которые
экспериментально непроверяемы. Спустя более десяти лет некоторые
из моих сотрудников изменили это название, введя термин
"научно-исследовательские программы (scientific research
programmes)". Разумеется, наука пронизана этими исследовательскими
программами, и они играют решающе важную роль
^Kuhn T.S. The Structure of Scientific Revolutions, 1962 [Рус. пер.: Кун Т.
Структура научных революций. М.: Прогресс, 1975].
^См. мою статью: Rationality of Scientific Revolutions (Спенсеровская
лекция)//РгоЫепм of Scientific Revolutions: Progress and Obstacles to Progress
in the Sciences, 1975.
в ее развитии. Но обычно они все же не имеют характера проверяемых
научных теорий. Они могут стать научными теориями,
но тогда у нас нет больше повода называть их исследовательскими
программами. Ведь в любом случае их намного труднее
критиковать, чем теории, и намного легче сохранять некритически.
В самом деле, зачем восхвалять достоинства исследовательских
программ. Давайте лучше развивать их методологию. Ученые
всем своим образованием помещены внутрь исследовательских
программ (в этом отношении Кун, по-видимому, прав). Нет
поэтому нужды беспокоиться о поддержке исследовательских
программ или о "программировании" ими исследования. Как
правило, актуальнее побуждать людей критиковать исследовательские
программы или освобождаться от них, чем призывать
их принять эти программы и стать их приверженцами.
(Это просто объясняется в терминах ситуационной логики.
Молодой ученый, если он не является исключительно одаренным
и столь же исключительно хорошо подготовленным, обычно
ощущает такую подавленность обилием и разнообразием проблем
той области знания, в которую он хочет войти, что им нередко
овладевает чувство отчаяния, неверия в свою способность
внести свой вклад в ее развитие. Исследовательская программа
значительно облегчает стоящую перед ним задачу. Приведенное
ситуационное объяснение может восприниматься как частичная
поддержка куновской "нормальной науки".)
Обычно мы сознаем свою исследовательскую программу только
тогда, когда на нас нисходит, что она вероятно базируется на
ложной метафизике. Осознавая, что мы работаем в пределах
некоторой метафизической исследовательской программы, мы,
в сущности, осознаем, что возможны альтернативы. Это означает,
что мы отказываемся от нашей метафизической исследовательской
программы как от эвристики и смотрим на ее альтернативы
как на нечто возможно более продуктивное.
В тех же редких случаях, когда метафизическая исследовательская
программа в самом деле становится осознанной (или
даже намеренно вводится, как вводится моя космология предрасположенностей),
ее следует рекомендовать лишь с условием
соблюдения последовательно критического отношения к ней и
поиска возможных альтернатив.
Это вопрос рациональности человека и более специальный
вопрос рациональности науки. Нам надо всегда помнить об опасности
превращения в "нормальных ученых" - ученых, кото43
рые работают слепо, некритически, не осознавая предпосылок
своих исследовательских программ. "Нормальный ученый" не
стремится быть рациональным настолько, насколько это в его
силах, ибо не пытается быть критичным настолько, насколько
он может быть критичным.
С моей точки зрения методологи научно-исследовательских
программ недостаточно понимают ту фундаментальную роль, которую
в развитии знания играет критицизм^. Как я вижу эту
проблему, критичность - это первейший долг ученого и всякого,
кто хочет продвигать вперед познание. С другой стороны, видение
новых проблем и обладание новыми идеями - творческая
оригинальность, это уже не чей-то долг, это - дар божий.
Притягательная сила исследовательских программ, проявившаяся
в этом новейшем течении, глубоко коренится в старой
жажде оригинальности и одновременно эвристики, алгоритма,
научного метода, ведущего к новым и лучшим идеям^. Как я
давал понять во всех моих работах, такой эвристики, позитивной
методологии, по всей видимости, не существует. Что касается
старого вопроса о методе - почему некоторые люди выдвигают
хорошие идеи, а другие нет, то надлежащий ответ состоит в том,
что у одних людей появляется много идей - среди них возможно
есть несколько хороших, - и эти люди весьма критичны в отношении
к собственным идеям, тогда как другие имеют мало идей,
по отношению к которым они не очень критичны. По всей видимости,
каждый может умножить число идей, которыми он располагает,
и несомненно быть более критичным в отношении своих
идей. Но в любом случае у нас никогда не будет уверенности, что
мы продвигаемся в верном направлении. Даже если бы появилась
такая эвристика, даже если бы появился проторенный путь
к новым идеям или проблемам, выглядящим как "хорошие" или
"прогрессивные", нашей первейшей задачей оставалась бы критика
этого пути. Мы скорее всего оказываемся на ложном пути
тогда, когда думаем, что он прогрессивный. Даже Эйнштейн, как
я объясню далее (см. разд. 26), оказался на ложном пути, разрабатывая
свою собственную исследовательскую программу объединения
электромагнитных и гравитационных полевых теорий.
"" CM.: Criticism and Growth of Knowledge. 1970. Русский перевод статьи
И. Лакатоса "Фальсификация и методология научно-исследовательских программ"
из этой книги вышел отдельным изданием (М.: Медиум, 1995).
'* CM,: Realism and the Aim of Science - первый том настоящего Постскриптума.Из
введения к этой книге читатель уяснит, что я в течение многих лет
возражал тем, кто считал, что такая эвристика возможна.
КОММЕНТАРИЙ ПЕРЕВОДЧИКА
К "ПРЕДИСЛОВИЮ 1982 ГОДА"
Предисловие 1982 г., в котором К.Поппер откликается на современные
проблемы и представления философии квантовой механики
(началом современного этапа в этой области философии науки обычно
считается 1964 г. - публикация статьи Дж.Белла, в которой было
выведено неравенство, позволяющее экспериментально проверять достаточно
широкий набор теорий со "скрытыми параметрами""), особенно
нуждается в комментировании.
К разделу VI
Поппер справедливо считает, что экспериментальные проверки
неравенства Белла показали (по крайней мере общественному
мнению физиков) справедливость копенгагенской (ортодоксальной)
интерпретации квантовой механики, не допускающей
какие-либо "скрытые переменные". Отсюда он заключает, что
поскольку копенгагенская интерпретация, чтобы справиться с
аргументами типа ЭПР, допускает нелокальность, т.е. грубо говоря
род действия на расстоянии, то она входит в противоречие
со специальной теорией относительности. Однако вопрос о соотношении
квантовой механики и специальной теории относительности,
по мнению автора настоящих комментариев, более сложен,
нежели он представляется К.Попперу.
В статье, получившей резонанс в западной литературе по
философии науки, проанализированы предпосылки, при которых
возникает неравенство Белла^. С точки зрения авторов этой
статьи, нарушение неравенства Белла - нарушение, следующее
из квантовой механики и по всей видимости из эксперимента,
может рассматриваться как опровергающее каждую из трех
нижеследующих посылок неравенства Белла:
1. Квантово-механическое состояние пары частиц, задействованной
в эксперименте вместе с состояниями измерительных устройств,
причинно определяет результаты измерений при экспериментальной
проверке неравенства Белла. При этом слова "причинно опре^Ballentine
L.E. Foundations of Quantum Mechanics since the Bell's
lnequality//American Journal of Physics. 1987. Vol. 55. № 9.
^Ballentine L.E., Jarrett J.R. Bell's Theorem: Does Quantum Mechanics
Contradict Relativity?//American Journal of Physics. 1987. Vol. 55. № 8. P. 697.
45
деляет" надо понимать в том смысле, который придается им в
концепции общих причин Г.Рейхенбаха. Это значит, что корреляция
между двумя рядами событий A и B, выражающаяся формулой
p(A/B) " p(А), фундируется некоторой общей причиной C, если
та "экранирует B от A и A от B", т.е. ведет к следующим зависимостям:
p(A/B, C) =p(A/C) =p(B/C).
Если нарушение неравенства Белла относят на счет только
что сформулированной его посылки, то это нарушение означает
квазипричинную или даже непричинную связь внутри пары частиц,
т.е. связь, которая не может быть описана на языке концепции
общих причин Рейхенбаха. Эта связь имеет характер
корреляции, обусловленной целостностью всей экспериментальной
ситуации.
2. Эксперимент, в котором проверяется неравенство Белла,
свободен от каких-либо случайных физически нерелевантных
воздействий. Иными словами, под термином "состояние измерительного
устройства" не скрываются погодные условия в данной
местности, настроение экспериментатора и т.д.,
3. Третьей посылкой является уже условие локальности, нарушение
которого означает, вообще говоря, сверхсветовые сигналы
или действие на расстоянии, не опосредованное какимилибо
промежуточными факторами. Здесь действительно встает
вопрос о совместимости квантовой механики и специальной теории
относительности. Однако и в данном случае его решение не
представляется таким уж однозначным. Дело в том, что нарушение
локальности, предполагаемой Беллом, не ведет к эмпирически
обнаруживаемому действию на расстоянии, не ведет к
тому, что могло бы быть названо "телеграфом Белла".
Поппер считает, что для опровержения специальной теории
относительности и не требуется сверхсветовая передача информации.
Достаточно дальнодействия, не способного служить сигналом.
"Ибо для специальной теории относительности, - пишет
Поппер, - два события на оси x, которые одновременны в инерциальной
системе отсчета S\1, никогда не будут одновременны в
инерциальной системе отсчета S\2, даже если нет взаимодействия
между этими событиями". (Поппер оговаривает, что речь не идет
о системах, движущихся относительно друг друга по оси x.) Это
верно, но требует следующих двух комментариев: 1) классическая
абсолютная одновременность при ее операциональном осмыслении
предполагает сигналы, распространяющиеся со сверхсветовыми
скоростями; 2) Поппер не показывает эквивалентности
классической одновременности и локальности по Беллу.
Итак, за нарушение неравенства Белла, вытекающее из квантовой
механики и, по всей видимости, из эксперимента, вовсе
необязательно ответственна нелокальность. Однако если даже
за это ответственна именно нелокальность, то и тогда вопрос о
противоречии квантовой механики теории относительности остается
открытым. Не исключено, что отношение между этими
теориями можно характеризовать, вслед за Шимони, как "мирное
сосуществование".
К разделу VII
В квантовой механике используются понятия селективного
и неселективного измерений. Селективное измерение (по Попперу,
"приготовление состояния") "не только разбивает ансамбль
объектов на подансамбли, находящиеся в разных состояниях a\1,
а\2, ..., но и выбирает среди них лишь один подансамбль A\i, отбрасывая
все остальные..."
Неселективное измерение... заключается только в разделении
ансамбля на подансамбли, без какого-либо их отбора"^.
К.Р.Поппер утверждает, что возможны два вида селекции в
квантовой механике: селекция, создающая новые предрасположенности
(propensities), и селекция, не создающая таковых. Это
не вполне понятно. Если мерой предрасположенности служит
вероятность, то естественно считать, что всякая селекция меняет
предрасположенности. Более того, даже неселективное измерение
меняет предрасположенность частицы обнаруживать то
или иное свойство. Пусть (см. цитированную книгу, гл. 6) над
некоторым объектом производится сначала селективное измерение:
М(b\k,c\i), а затем селективное измерение М(A\j,b\k). Селективное
измерение М(b\k,c\i) отбирает (или "готовит") состояние b\k частиц,
поступающих в прибор в состоянии c\i. Селективное измерение
М(а\j,b\k) отбирает состояние a\j частиц, поступающих в состоянии
b\k. Предположим теперь, что промежуточное измерение
величины B вообще не производится, а также представим себе
случай, что на промежуточной стадии осуществляется неселективное
измерение величины B, т.е. производится разделение по
состояниям b\1, b\2, ..., b\k, но без отбора. Во всех трех случаях мы
будем иметь разные вероятности получения значения a наблюдаемой
величины A.
^Кемпфер Ф. Основные положения квантовой механики. М.: Мир, 1967.
С. 54.
К разделу IX
Предложенный Поппером "простой эксперимент" вызвал
критику. Чтобы сделать эту критику более предметной, итальянский
физик, занимающийся философией квантовой механики,
Г.Л.Жирарди выделяет в попперовской аргументации пять
пунктов, которые он нумерует буквами греческого алфавита^.
Ниже следует цитата из попперовского текста, снабженная
разбивкой Жирарди:
"Мы достигли таким образом достаточно точного "знания"
координаты q\y этой частицы.
(~a) Мы косвенно измерили координату этой частицы по оси
y. И поскольку, согласно копенгагенской интерпретации, эта
координата - наше знание, описываемое теорией и особенно
соотношениями Гейзенберга, мы ожидаем, что импульс p\y пучка,
проходящего через щель B, рассеивается в той же степени,
что и импульс пучка, проходящего через щель A, хотя щель A
намного уже, чем широко открытая щель B.
Однако рассеяние может быть, в принципе, проверено посредством
установленных счетчиков. Если копенгагенская интерпретация
верна, то такие счетчики, находящиеся за B и показывающие
широкое рассеяние (и узкую щель), должны теперь подсчитывать
совпадения, - счетчики, которые до того как щель A
была сужена, не считали какие-либо частицы.
(~b) Подведем итог: если копенгагенская интерпретация верна,
то любое возрастание точности нашего знания координаты
q\y частиц, движущихся направо, должно увеличить их рассеяние,
причем это предсказание должно быть проверяемым.
(~g) Я склонен думать, что проверка покажет против копенгагенской
интерпретации. Отсюда будет следовать, что тезис
Гейзенберга подорван.
(~d) Какой же будет координата, если наш эксперимент вопреки
моему личному мнению подтвердит копенгагенскую интерпретацию,
т.е. если частицы, чьи координаты по оси y косвенно
измерены в B, обнаружат возросшее рассеяние?
(~j) Это могло бы интерпретироваться как признак действия
на расстоянии, и если эта интерпретация будет принята, то она
приведет к тому, что нам придется отказаться от эйнштейновской
интерпретации специальной теории относительности, т.е.
^Ghirardi G.C. Some Critical Considerations on the Present Epistemological
and Scientific Debate on Quantum Mechanics//The Nature of Quantum Paradoxes.
Dordrecht, etc.: Kluwer Academic, 1988. P. 96.
вернуться к интерпретации Лоренца, а вместе с нею к ньютоновскому
абсолютному пространству и времени".
Жирарди далее формулирует свои комментарии:
1. Проблема не определена точно. Как будет ясно из следующего,
положение, обозначенное как ~a, остается неосмысленным,
пока не определена точно степень пространственной корреляции
частиц.
2. Положение, обозначенное как ~b), обнаруживает опасное
смешение между интерпретацией теории и ее точными формальными
правилами. Даже если вы рассматриваете копенгагенскую
интерпретацию как неудовлетворительную и неприемлемую,
это не означает, что вы имеете право приписывать тем, кто поддерживал
эту интерпретацию, предсказания, противоречащие выводам
из формализма теории. Принимая это во внимание, не
трудно увидеть, что автор в положении ~b, а также и в положении
~g неправильно использует правила квантовой механики и
не оценивает в полной степени значимость редукции волнового
пакета. Что квантово-механические правила говорят о рассматриваемом
эксперименте? В силу доказанной выше теоремы -
из квантово-механических правил следует, что все мыслимые
эксперименты в B не подвержены влияниям от измерений, выполняемых
в A. Положение ~d тоже ложное: копенгагенская интерпретация,
следующая формальным правилам, не устанавливает,
что измерение при A порождает какие-либо эффекты в зоне
B. Автор предсказывает, что таков и будет результат эксперимента,
но он почему-то утверждает, что это предсказание
...Закладка в соц.сетях
