1951 г. Октябрь Т.ХЬУ,вып.2 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ...

1951 г. Октябрь Т.ХЬУ,вып.2УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУККРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯКВАНТОВОЙ ТЕОРИИ *)Д. И. Блохинцев1. ФИЛОСОФСКИЕ ВЗГЛЯДЫ КОПЕНГАГЕНСКОЙ ШКОЛЫИ ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИКопенгагенская физическая школа ещё в самом своём возникновениисвязывала себя с махизмом и в дальнейшем весьмаспособствовала развитию субъективистских взглядов на сущностьквантовой механики. Так, Гейзенберг в основу своей методологиикладёт так называемое «начало принципиальной наблюдаемости»,согласно которому предметом исследования физики должны бытьлишь принципиально наблюдаемые величины.Именно с этой точки зрения Гейзенберг подвергал критикепонятие боровских орбит в атомах.Некоторые зарубежные физики склонны придавать этому принципучуть ли не главную роль в создании квантовой механики.Изображается это следующим образом.Гейзенберг, следуя «началу принципиальной наблюдаемости»,отверг понятие орбит электронов в атомах как понятие, которомуне соответствует ничего наблюдаемого в опыте; оставив в сторонеэти орбиты, он обратился к непосредственно наблюдаемым (и измеримым)величинам — к частотам излучения и к интенсивностямизлучения, — и на этом пути создал новую, квантовую механику.На самом деле это не так. Основой для построения новойтеории послужило не начало принципиальной наблюдаемости, ановые, ранее неизвестные факты, значение которых толькочастично было осознано в примитивной теории Бора. Эти фактывыражались в том, что измеряемые атомные частоты ш тпи интенсивности{|(жучения 1 тпхарактеризовались, как показывал опыт,двумя квантовыми индексами тип. Один из них (например, т)*) Статья подготовлена автором для сборника «Философские вопросысовременной физики», издаваемого Институтом философии АН СССР.

196 Д. И. БЛОХИНЦЕВотносился к начальному состоянию, а другой (л) — к конечномусостоянию атомной системы. Согласно же классической механикеэти величины должны были бы быть одноиндексными: /„,

198 Д. И. БЛОХИНЦЕНМах вырвал факт (временной) ненаблюдаемости атомов из всейсовокупности других фактов и потерпел вместе с энергетикамипоражение в своём предсказании.Если бы Гейзенберг не привлёк к построению теории новыхфактов, а ограничился бы только утверждением о ненаблюдаемости,орбит электронов, то никакой новой механики он, конечно, несоздал бы.«Ненаблюдаемость» (взятая сама по себе, изолированно) неможет служить основой ни для каких предсказаний, а можетповести только к идеалистическим выводам Маха.Чтобы сделать ещё более ясным то обстоятельство, что «началопринципиальной наблюдаемости» не имело того значенияв развитии квантовой механики, которое ему придают рекламирующиеего позитивисты, напомним, что, помимо матричной механикиГейзенберга, квантовая механика имела ещё и другой,исток — волновые теории Де-Бройля, Э. Шредингера, которыеразвивались по пути, прямо противоположному идеям «принципиальной»наблюдаемости. Между тем именно эти теории поглотилиформальную схему Гейзенберга, привели к предсказанию диф--фракционных явлений для частиц и тем самым поставили новуюмеханику на прочный фундамент.Действительно, только после экспериментального доказательствапредсказанных волновыми теориями диффракционных явленийквантовая механика получила веское обоснование в опыте. На этом,же пути было открыто понятие волновой функции, основное понятиеквантовой механики, и дана её статистическая интерпретация.Путь волновой (как её тогда называли) механики был путёмотыскания качественно новой закономерности, путём обобщениязакономерностей, найденных для света, на другие формы материи(сначала на электроны, а позднее и на все другие «частицы»).В самом начале этого пути возникло понятие волновой функции,,которая не только не принадлежала к числу величин, входящихв «комплекс ощущений», но и ^вообще сам способ сопоставленияеё с наблюдаемыми, измеримыми величинами на первых порахбыл неясен. Введение её в теорию было основано на догадке,что волновые явления в природе, быть может, имеют болееширокое значение, чем это до сих пор считалось. Это предположениемогло быть верным или неверным, и только последующееразвитие теории и эксперимента показало, что оно верно»Не случайно, что Э. Шредингер в своей первой статье 8замечает,,что он не был уверен в том, что из его теории получится «нечторазумное» (т. е. соответствующее действительности).Отсюда видно, что рекламирование проникнутого духом субъективизма«начала принципиальной наблюдаемости» основано нафальсификации науки, на искусственном подчёркивании одних обстоятельстви на умолчании о других, более важных.

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГОПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИПозитивистские концепции представителей копенгагенской школыв их применении к квантовой теории не ограничиваются, однако,«учением» о «принципиальной наблюдаемости».Как естественное следствие этого принципа, Н. Бор положилв основу понимания квантовой механики так называемый «принципдополнительности». Согласно этому принципу возможныдва класса экспериментальных установок:первый класс допускает определение импульсноэнергетическихсоотношений, второй — пространственно-временных.Одновременное применениеобоих типов установок исключается.Таким образом, «квантовое описание» явлений распадается надва наблюдаемых класса, которые являются дополнительнымидруг к другу в том смысле, что их совокупность в классическойфизике даёт полное описание (см., например, Н. Бор 4 ).Мы изложили этот принцип по Бору, оставив в стороне, например,гейзенберговскую формулировку дополнительности, какдополнительности «акаузального описания» и «математическойсхемы вне пространства и времени» (см. 5 ).Тем не менее из изложенного содержания принципа дополнительностивидно, что в нём подчёркивается не факт существованияновых по своей природе объектов,а возможности макроскопических измерительныхприборов.Иными словами, на первый план выдвигаются не особенностимикромира, следствием которых и является невозможностьизучать их методами классической физики, а возможности наблюдателя,оперирующего с макроскопическими величинами ипонятиями. Иначе говоря, на первое место выдвигается«наблюдаемость», а остальное рассматривается как ейследствие.Такая субъективистская направленность воровского принципадополнительности ведёт к двоякого рода последствиям.Во-первых, Н. Бор и его последователи развивают этот принципв особую философскую концепцию дополнительности,для которой характерно отрицание объективности микроявлений.Βα-вторых, применение рассматриваемого принципа в физикеведёт к субъективному толкованию волновой функции и понятиясостояния в квантовой механике. Волновая функция рассматриваетсяне как объективная характеристика квантового ансамбля, акак выражение сведений наблюдателя, полученных в результатеизмерений. Реальность того или иного состояния микросистемстановится в таком понимании тождественной с сведениями наблюдателяо микросистеме, т. е. превращается из объективной категориив субъективную.

200 Д. И. БЛОХИНЦЕВМы рассмотрим сначала первую сторону дела и только позднееобратимся ко второй.В своём анализе проблем квантовой теории Н. Бор постоянновращается в кругу «наблюдаемого» и «наблюдаемости», заботясьлишь об однозначном соответствии слов и терминов описаниюэкспериментальной ситуации. Такое стремление к точности привлекаетиных физиков, не замечающих, на сколь шатком философскомфундаменте покоится логика воровских построений.В своей статье—ответе А. Эйнштейну—Н. Бор пишет 4онепригодности «обычной точки зрения натуральной философиидля описания явлений того типа, с которым мы имеемдело в квантовой механике. В самом деле, конечность взаимодействиямежду объектом и измерительным прибором, обусловленнаясамим существованием кванта действия, влечёт за собой —вследствие невозможности контролировать обратное действиеобъекта на измерительный прибор (а эта невозможность будетнепременно иметь место, если только прибор удовлетворяет своемуназначению) — необходимость окончательного отказа от классическогоидеала причинности и радикальный пересмотр наших взглядовна проблему физической реальности».В другой своей статье 6 Н. Бор так характеризует возникающуюв связи с квантовой теорией гносеологическую проблему:«.. .с одной стороны, описание нашей мыслительной деятельноститребует противопоставления объективно данного содержанияи изучающего субъекта, в то время как, с другой стороны, какуже видно и из такого высказывания, — не может быть оправданоникакое строгое разделение объекта от субъекта, так как такжеи последнее понятие принадлежит к миру мыслей».Если из первой цитаты ещё остаётся неясным, с каких позицийкритикуется «обычная натуральная философия», то из второйуже достаточно ясно видно, что Н. Бор стоит на шаблонных позицияхидеализма.В недавней статье, посвященной причинности и принципу дополнительности7 , Н. Бор в сущности только повторяет своипрежние взгляды на значение этого принципа, расширяя областьего применения на психологические, биологические и даже социальныеявления.Суть этой статьи вкратце сводится к следующему: В атомнойобласти ситуация такова, что «всякая попытка локализовать атомныйобъект в пространстве и времени требует такого экспериментальногоустройства, которое приводит к неконтролируемомув принципе обмену энергией и импульсом между объектом ишкалами и часами, служащими системой отсчёта. Обратно, несуществует устройства, подходящего для контроля баланса энергиии импульса, позволяющего точное описание явления как цеписобытий в пространстве и времени (цит. соч., стр. 315). Само

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 201слово „явление", по Бору, должно включать полный отчёт о всёмэксперименте в целом» (там же, стр. 317).Невозможность отделить поведение объекта от измеряющихприборов требует, по Бору, пересмотра проблемы «физическогообъяснения». Место классического описания в квантовой областидолжна занять концепция дополнительности, представляющая «рациональноеобобщение самого классического идеала причинности».Итак, мы видим, что вся проблема квантовой теории рассматриваетсяН. Бором как проблема взаимоотношенияприбора и микрообъекта, а когда он покидает болееопределённую почву физики, — как проблема взаимоотношениясубъекта и объекта.В этом и заключается основной методологический порок концепциидополнительности: в свете этой концепции квантов о-ме χ а н и че с к и е закономерности теряют свойобъективный характер, становясь закономерностями,вытекающими из способа восприятия человекомявлений микромира. А это и есть идеализм.Мы поясним на одном простом примере, к чему ведёт такой«приборный» подход. В заграничной физической литературе встречаетсятак называемый «принцип неразличимости частиц». Согласноэтому принципу, с помощью приборов невозможно различитьдва состояния систем, отличающихся перестановкой частиц однойна место другой. Из этого принципа следует, в частности, принципПаули: в одном и том же состоянии не может находитьсяболее одного электрона. Эта закономерность имеет фундаментальноезначение для структуры атомов и для образующихся из нихтел. Получается такая цепь суждений: 1) мы не можем различитьчастиц; 2) поэтому имеет силу принцип Паули, а стало быть,3) физические тела ведут себя именно так, а не иначе. Инымисловами: только по той причине, что мы не можем наблюдатьразличие частиц, существует периодическая закономерность в строенииатомов, вскрытая Д. И. Менделеевым. Ясно, что здесь всёперевёрнуто.С точки зрения позитивизма такая несообразность вполнеестественна (какое дело позитивистам до того факта, что атомысуществовали задолго до того, как кто-то стал подсчитыватьв них электроны), с точки зрения же материализма это — чистейшийабсурд. Очевидно, что невозможность различения одинаковыхчастиц есть не исходное, а вторичное, вытекающее из природыэтих частиц, из их тождественности. Неразличимость есть следствиетождественности *), а не наоборот.Подобное же верно и относительно принципа дополнительности:измерительные приборы в самом деле делят-*) Этот термин и принят автором во втором издании его курса 10 .3 УФН, т. XLV, вып. 2.

202 д. и. БЛОХИНЦЕВся на два класса: импульсно -энергетическиеи пространственно-временные, но квантовые закономерностивовсе не вытекают из этого деления,а, напротив, это деление вытекает из квантовыхзакономерностей.Это ясно также и из того, что, исходя из принципа дополнительности,нельзя построить квантовой механики. В самом деле,попробуем из этого принципа вывести необходимость волновойфункции, её физическую интерпретацию, уравнение Шредингераили что-нибудь подобное из понятий и соотношений, фигурирующихв квантовой механике. Это оказывается совершенно невозможным.Из него следовала бы только неприменимость классическоймеханики к атомному миру и больше ничего, то-есть,столько же, сколько и из гейзенберговского «начала принципиальнойнаблюдаемости». Поэтому принцип дополнительностине может служить основой квантовой механики. Это —только махистская формулировка одного из следствий квантовоймеханики.Как противоположный пример мы можем привести теориюотносительности. Из принципа относительности и принципа независимостискорости света от равномерного движения тел следуетпреобразование Лорентца, а вместе с тем и вся теория относительности.Исходя же из принципа дополнительности, невозможнонаписать ни одной формулы.ЕсЛи Н. Бор ещё очёнь""ТГСвТштно^ говорит о некоей «натуральной»философии, которая стала непригодной, то его последователивыражаются гораздо более определённо.П. Иордан в своей книге 8 посвящает целую главу «ликвидацииматериализма». Следует иметь в виду, что П. Иордан вовсене пришёл к идеализму в результате анализа выводов из квантовойфизики. Он, как и другие позитивисты, анализирует проблемыкак квантовой, так и классической физики, исходя из отрицаниясуществования объективного мира и объективной закономерности.Следуя Маху, он считает, что задача науки «заключаетсяв упорядочении результатов наблюдения». В позитивистском пониманиикак классическая, так и квантовая физика не являютсяотображением объективного мира, а представляют собою «математическиеконструкции» (ср. П. Иордан 9 ). Для первой из этихконструкций характерна возможность разделения понятий субъектаи объекта, а для второй — это разделение невозможно, таккак субъект измерения «приготовляет физическую реальность».Таким образом, речь идёт не об анализе отношений познающегосубъекта и объекта, как частей объективного мира, а об анализеэтих «конструкций», т. е. об анализе в сфере понятий.С этих позиций позитивисты пытаются опровергнуть материализмтаким путём, что сначала его связывают с определёнными

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 203ограниченными физическими или философскими представлениями,а затем объявляют несостоятельным.В. И. Ленин ясно показал этот стандартный путь к идеализму 1 .Иордан следует этому пути с потрясангцей степенью точности.Он навязывает материализму с поразительной наивностью и невежествоматомизм Демокрита и детерминизм Лапласа (см. стр. 144и далее). Как будто бы со времени Демокрита и Лапласа материализмне подвергся никакому развитию, как будто не существуетучения Маркса—Энгельса—Ленина—Сталина. Такой способ «ликвидацииматериализма» не нов, и от повторения он не приобретаетсилы.Иордан пишет (цит. соч., стр. 145): «Действительно, сравниваяновую физику с материалистической картиной мира, можно установитьтеперь, что устарели как раз те черты материалистическойконцепции природы, которые выражали противоречие между материалистическимитеориями и другими идеями».И далее: «Атомы Демокрита неразрушимы и неизменны; современные„элементарные частицы", напротив, способны к неограниченнымпревращениям».Ига:с, материализм тождествен учению Демокрита о неизменныхатомах.Кстати, отметим, что Иордан не забыл ошибки Маха с неудачнымпредсказанием об атомистической теории и пытается оправдатьосновоположника позитивизма тем, что современное представлениеоб атоме радикально отличается от представлений об атомев λΙΧ. веке. «Атом,—говорит Иордан, — есть только каркасдля классификации э.хпериментальных фактов».Такое понимание атома, разумеется, вполне в духе позитивизма,но всё же, как бы ни классифицировать факты, нельзя опровергнутьтого обстоятельства, что Мах, исходя из наблюдаемости,отвергал то физическое воззрение, без дальнейшего развитиякоторого была бы невозможна современная квантовая физика.Законен вопрос, ночелу этот «каркас» был изобретён позитивизмомне во времена Маха, а значительно позднее.Причину этого усмотреть нетрудно. Со времени Маха, благодаряразвитию техники эксперимента и физической теории, существованиеатомов было доказано, и вот поэтиму-то Иордани спешит заменить лиховское утверждение: атом равен шабашуведьм, более «деликатным» утверждением: атом равен каркасудля упорядочения фасгов.Подчёркивая е.. ё раз (стр. 148), что атомы Демокрита обладаютясно осязаемыми свойствами, а атом «сегодняшнего дня» —только «система формул», Иордан утверждает, что вместе с установлениемьт^го различия «окончательно ликвидирована наиболееважная черти материалистической картины мира; в то же времяпозитивистская теория познания подтверждена и проверена». Итак,3*

204 Д. И. БЛОХИНЦЕВсначала позитивистская теория познания утверждала, что атомовнет в «комплексе ощущений», что атомы это—только «шабаш»и т. п. Когда же атомы всё же были открыты и их реальноесуществование подтверждено тысячью способов, то позитивистскаятеория пришла к заключению, что вся эта атомная физика —неплохой скаркас» для формул.Таким образом, позитивистские предсказания в области атомистикиоказались на самом деле в противоречии с фактами.Но именно эта философия позитивизма и лежит в основе физическихконцепций копенгагенской школы: принцип дополнительностиесть прямое порождение идеалистическойпо з ит и вистской теории познания.2. ПРОБЛЕМА КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИПоследовательно проводя концепцию дополнительности, Н. Борполагает, что наблюдаемая в опыте статистичность квантовых явленийесть результат неконтролируемого действия прибора наобъект. Именно, неконтролируемость этого действия приводит, поБору,-~к~ невозможности построить каузальное описание микроявленийв терминах механического детерминизма. Н. Бор подчёркивает,что статистика, с которой мы здесь имеем дело, совсемне той природы, которая известна из классической статистическоймеханики (см., например, его статью в «Диалектике» 7 ).Классическая статистика допускает уточнение: путём болееточного измерения координат и импульсов частиц можно уменьшитьразброс всех величин и исключить статистику с желаемойстепенью точности в принципе полностью.В квантовой области «неконтролируемое» вмешательство приборане допускает такого уточнения.Гейзенберг, желая выдвинуть эту сторону дела на первыйплан, в «Физических принципах квантовой теории» 6 так формулируетпринцип дополнительности:Либо:Либо:Описание в пространстве и Математическая схема вневремени ,. пространства и времениСоотношением определённо- ПричинностьстейПод математической схемой вне пространства и времени здесьразумеется описание посредством волновой функции (без вмешательстваприбора). Так как Гейзенберг считает, что волновая функцияψ есть, с одной стороны, характеристика состояния однойчастицы, а с другой стороны, она не может быть измеренана этой одной частице, то волновая функция есть попро-

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 205гсту математический символ, вне пространства и времени существующий.Описание же в пространстве и времени (с помощью траектории)требует вмешательства прибора для измерения χ или ρ и ведётк статистическим суждениям о движении частицы.Исходя из этих представлений, Иордан 8приходит к заключениюо невозможности в квантовой области лапласовской постановкивопроса: по заданным начальным импульсам и координатам всехчастиц предсказать будущее всего мира, и делает вывод окрахе материализма (напомним, что Иордан полагает, что материализм—это атомы Демокрита-(-лапласовский «фатализм»).Между тем диалектический материализм рассматривает взаимо

2Q6 , д. и. ВЛОХИНЦЕВНо так как механика сама не в состоянии предсказать силы,то они должны быть заданы наперёд, т. е. фактически делаемоемеханикой предсказание на будущее требует соблюдения некоторыхусловий: если силы известны не только в настоящем,но и в будущем, то в будущем тело будет находиться там-то идвигаться так-то. Представление об абсолютно точных предсказанияхмеханики создаётся по той,причине, что во многих случаях,действительно, из косвенных (внемеханических) данных удаётсяс немалой точностью предсказать силу. Пример тому — небеснаямеханика планет. Планетная система в достаточной степени изолированаот остальной части вселенной, а изменения внутреннегосостояния планет и Солнца происходят весьма медленно.Таким образом, предсказание в механике удаётся только в тойстепени, в какой остаются неизменными несколько важнейшихвзаимодействий, определяющих явление.Рассмотрим другой пример. Мгновенная передача силы, допускаемаямеханикой Ньютона, на самом деле также не осуществляетсяв природе: силы распространяются со скоростью, не превосходящейскорости света. Поэтому при больших скоростяхдвижения тел или при больших расстояниях между ними необходимо,кроме самих тел или частиц, рассматривать ещё и поле.Оказывается, что и при учёте поля физические явления можнорассматривать с помощью дифференциальных уравнений.Действительно, из того факта, что скорость распространениялюбого поля не превышает скорости света, следует, что все процессы,происходящие в системе тел и поля, могут быть описаныдифференциальными уравнениями. Это утверждение может бытьпояснено рис. 1. На этом рисунке изображены две простран-^ствённые поверхности σ и σ',разделённые друг от другао' малым промежутком времениdt. Из точки Ρ проведеныdt световые лучи РА и РВ (на-" клон АР и ВР равен скоростисвета). Тогда всё, чтовлияет на события в Р, лежитχна отрезке АВ. При малом dtу j АВ также мало, т. е. на со-Рис. 1.бытия в Ρ влияет только окрестностьэтой точки, а, сталобыть, это влияние может быть выражено на языке дифференциальныхуравнений.Поле представляет собой материальную систему, характеризуемуюбесконечно большим числом параметров. Поэтомуникаким конечным числом операций невозможно задать начальноесостояние системы, состоящей из поля и тел.

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 307На практике, однако, можно воспользоваться тем, что поле достаточнооднородно в малых, но всё же конечных областях пространства.Чем детальнее произведённый промер поля, тем набольшее время справедливо предсказание о движении системытел и поля. При этом опять-таки нгобходимо наперёд задатьграничные условия, и предсказание в этом случае носит не абсолютный,а относительный характер.На рис. 2 сказанное поясненона примере одномерного мира.ОХ—есть ось пространства, аOt — ось времени. Рассматриваемаянами система заключена вмомент ί=0 в отрезке АВ. Еслиона и в дальнейшем останетсяв пределах этого отрезка, то необходимознать поле на линияхЛА' и ВВ', т. е. для всего будущеготочек А я В. В реальноммире вместо линий будемиметь трёхмерные поверхности.На этом же рисунке, внизу, изображёнРис. 2.непрерывной кривойграфик поля в момент t=0, а ступенчатой кривой—результатего измерения конечным числом операций. Из-за этой замены бесконечногочисла операций конечным числом предсказание на будущеене вполне точно. Так, если различие между измереннымполем силы и фактическим его значением есть А/ 7 , то для тела массыΜ следует ожидать ошибки в положении тела 1х- др* >где t—время, т. е. ошибка пропорциональна t 2 . Этот примериллюстрирует общую ситуацию: все реальные физические явленияследуют данному закону лишь с известной степенью точности:налицо всегда дисперсия («разброс»), обусловленная тем, что ниодин из законов не в состоянии исчерпать всего многообразиявзаимодействий, реализующихся в действительности *).Только что обрисованная постановка вопроса об однозначномпредсказании будущего, основанная на: 1) дифференциальныхуравнениях, 2) на задании начальных данных для поля и тели 3) на задании наперёд граничных условий, характерна длятеории относительности.А. Эйнштейн (см. его статью, гл. II, в «Диалектике» 1 , стр. 320)полагает, что эта постановка вопроса, могущая быть охарактеризованнойкак «принцип близкодействия», является обязательной.Он пишет (стр. 324): «Полный отказ от этого принципа сделал бы*) Здесь под словом «закон» мы понимаем формулировку закономерности,существующей в природе. Закон лишь приближённо отображаетзакономерность.

208 Д. И. БЛОХИНЦЕВидею существования (квази-) замкнутых систем и вместе с темустановление эмпирически проверимых законов, в привычномнам смысле (подчёркнуто мною.—Д. Б.), невозможными».Мы позволили себе остановиться столь подробно на анализепричинности в той форме, в какой она выступает в классическойфизике (включая и теорию относительности), чтобы показать, чтокажущаяся самоочевидной возможность однозначного предсказаниябудущего на самом деле предполагает соблюдение ряда существенныхусловий, которые могут и не реализоваться на деле совсей полнотой.Поэтому и причинность, формулируемая в классической физическойтеории в виде однозначной неизбежности, является абстракцией,приближением.Это обстоятельство было давно и хорошо известно основоположникамматериалистической диалектики. Поэтому йордановскийспособ опровержения материализма на том основании, чтов природе не осуществляется лапласовский детерминизм, являетсяпо меньшей мере наивным.Напомним, что писал по поводу детерминизма Ф. Энгельс в«Диалектике природы»:«Противоположную позицию занимает детерминизм, перешедшийв естествознание из французского материализма и пытающийсяпокончить со случайностью тем, что он вообще отрицает её»(далее следуют примеры).«С необходимостью этого рода мы тоже ещё не выходим запределы теологического взгляда на природу. Для науки почтибезразлично, назовём ли мы это, вместе с Августином и Кальвиным,извечным решением божиим, или, вместе с турками, кисметом,или же необходимостью. Ни в одном из этих случаев нет и речио прослеживании причинной цепи. Поэтому как в том, так и вдругом случае мы ничуть не становимся умнее. Так называемаянеобходимость остаётся пустой фразой, а вместе с этим и случайостаётся тем, чем он был». «... с одним этим стручком, — продолжаетЭнгельс,—нам пришлось бы проследить уже больше каузальныхсвязей, чем сколько их могли бы изучить все ботаники насвете. Таким образом, случайность не объясняется здесь из необходимости;скорее, наоборот, необходимость низводится допорождения голой случайности. Если тот факт, что определённыйстручок заключает в себе шесть горошин, а не пять или семь,представляет собою явление того же порядка, как закон движениясолнечной системы или закон превращения энергии, то наделе не случайность поднимается до уровня необходимости, а необходимостьснижается до уровня случайности».Мы видим, что Ф. Энгельс высмеивает лапласовский детерминизм,сравнивая его с провидением божиим, с кисметом. По Энгельсу,необходимость и случайность не являются исключающими

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 209'друг друга категориями. Случайное имеет основания, а необ-^ходимое выражается в случайном. Между случайным и необходимымнет непереходимой грани.Так, если бы замкнутость нашей планетной системы нарушиласьвторжением какого-нибудь космического тела, то это явлениебыло бы случайным для самой солнечной системы, но эта же слу- \чайность могла бы быть выражением некоторой более общей /необходимости (например, статистических законов движения телв междузвёздном пространстве).Отсюда ясно, что форма выражения необходимого и случайногозависит от природы рассматриваемой системы и от её связейс окружающим миром и не является раз и навсегда данной длявсех случаев. Поэтому, когда А. Эйнштейн указывает на то, чтов случае незамкнутости систем «привычная нам» постановка о законахприроды стала бы невозможной, то отсюда не следует, чтонезамкнутость систем не должна осуществляться в природе;отсюда следует только то, что пришлось бы искать эти законыв «непривычной нам форме».После этих предварительных замечаний общего характеравернёмся к квантовой механике.^Как мы видели, Н. Бор и его последователи отрицают возможностьобъективного описания явлений микромира, а статистикурассматривают как результат неконтролируемого действия приборана объект.В этой связи мы хотели бы прежде всего отметить, что кван-'товая статистика имеет объективное значение в том смысле, чтоона никак не связана с деятельностью наблюдателя.В самом деле, например, радиоактивный атом распадается потем же статистическим законам независимо от того, наблюдаютего или нет, существует ли вообще какой-либо наблюдатель илиего вовсе нет.Более того, необходимо очень энергичное воздействие на атомноеядро, чтобы изменить ход радиоактивного распада.Этот процесс распада происходит статистически закономерно,т. е. разные экземпляры ядер распадаются в различные моментывремени, но среднее время распада одно и то же. Мы можемсказать, что мы имеем здесь дело с некоторым статистическимансамблем радиоактивных атомов, объективно существующим вприроде.Другой пример квантового ансамбля — космические лучи. Опятьтакимы здесь имеем дело со статистически закономерно протекающимиявлениями, и эти закономерности, естественно, ни в коеймере не зависят от наблюдателя.Это только два примера, но они имеют совершенно общеезначение: повсюду в квантовой области мы встречаемся с такогорода статистическими ансамблями.

210 Д. И. БЛОХИНЦЕВМежду тем копенгагенская школа отодвигает на задний плантот факт, что квантовая механика прююжш&^только JC_CJL3THCTHческимдн£

КРИТИКА ИДКАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 211Используются те или иные макротела и макроявления дляконструирования измерительных приборов или нет, — это деловторое. Наблюдатель (лучщг сказать — техник, экспериментатор)может создавать измерительные приборы лишь в соответствиис законами природы.Волновая функция ψ,спомощью которой в квантовой механике,как принято говорить, «описывается состояние микросистемы»,на самом же деле характеризует квантовый ансамбль, а следовательно,предполагает определённую макроскопическую обстановку.Поэтому волновая 11 функция Не есть характеристика микрочастицы«самой по себе», а есть характеристика её принадлежностик тому или иному ансамблю (см. 10 ,§§ И, 29).Если меняется макроскопическая обстановка, то меняетсяи квантовый ансамбль. Это обычно трактуют как «вмешательствоприбора в состояние системы». На самом деле прибор — этотолько очень частный случай макроскопической обстановки.Именно — прибор является спектральным анализаторомквантового ансамбля*) (Д. И. Блохинцев, цит. соч., § 17).Поясним, что это значит. Если ансамбли, в которых какая-либоинтересующая нас величина, например импульс, имеет значенияр х, р 2,..., р я, характеризуются волновыми функциями ψι»•1* 2>... ,ψ Λ... , соответственно, то волновая функция ψ, изображающаялюбой иной ансамбль, может быть представлена в видег. е., как говорят, разложена в спектр по признаку ρ (импульсноеразложение).Измерительный прибор, определяющий импульс р, есть такоемакроскопическое устройство, которое на делеосуществляет спектральное разложение. В данномпримере таким прибором может служить диффракционная решётка,гак как разложение по импульсам совершенно аналогично разложениюсвета в спектр.Ясно, что такое разложение может осуществляться как самопо себе в природе, так и искусственно создаваться экспериментатором.Уже из этого примера видно, что прибор-анализатор меняетансамбль. Из ансамбля, характеризуемого волновой функцией ψ,возникает ансамбль, характеризуемый набором волновых функций'W, Фа· • ··> Ψ Β» · · · ( такойансамбль называют «смешанным»). Этои есть «вмешательство» в систему. Отсюда копенгагенская школа*) Копенгагенская школа всё своё понимание квантовой механикистроит именно на этом частном случае.

212 Д. И. БЛОХИНЦЕВделает заключение, что объективное изучение микроявлений невозможно.Однако это глубоко неправильно. Дело заключаетсяв том, что для изучения природы ансамбля достаточно изучатьего малую часть. Эта часть в процессе измерений действительнобудет меняться, но в целом весь ансамбль остаётся неизменным.Например, изучая космические лучи, применяют счётчики илидругие приборы. Эти приборы изменяют состояние обнаруживающихсяв них отдельных частиц, переводят их в новый ансамбль,но они не меняют в целом того квантового ансамбля, которыйможно назвать ансамблем космических лучей.Вносимое этими приборами нарушение в ход явления космическихлучей в целом, конечно, ничтожно и поэтому ничто немешает выяснению объективных закономерностей, свойственныхкосмическим лучам.Это можно выразить так: степень изолированностиансамбля в целом почти не нарушается измерениями.Иначе говоря, но отношению к ансамблю в целом сохраняетсяситуация, известная из классической физики, где воздействиямогут быть как угодно малыми.В силу этого волновая функция ψ, характеризующая ансамбль,подчиняется уравнению Шредингера:й-&="*. (2)позволяющему определить эту функцию для любого момента времени,если она известна в начальный момент времени.Таким образом, для ансамбля сохраняется простейшаяформа причинной связи — классический детерминизм.Это — результат того, что ансамбль в целом (микросистема-J- макрообстановка) может быть (конечно, приближённо)изолирован от остальной части мира.Напротив, классический детерминизм, как формапричинной связи, не'осуществляется в применениик единичным микроявлениям, и причина этой несостоятельности'•

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 213Поэтому квантовая механика изучает свойстваединичного микроявления посредством изучения•статистических закономерностей коллектива такихявлений.О практической успешности и силе этого метода вряд лиуместно говорить подробно. Именно на этом пути удалосьвскрыть тончайшие детали в строении молекул, атомов и атомныхядер.Нам остаётся ещё рассмотреть вопрос о возможности исключенияквантовой статистики. Этот вопрос известен в литературепод названием проблемы «скрытых параметров».Проблему можно формулировать так: единичное микроявлениеможет реализоваться различным образом. Квантовая механика даётлишь вероятность того, что осуществится та или иная возможность.Нельзя ли найти такие величины («скрытые параметры»),знание которых позволило бы однозначно предсказать каждоеединичное микроявление?Нельзя ли, например, предсказать место попадания электронав диффракционном опыте или ориентацию спина атома в опытеШтерна и Герлаха?Эта возможность исследовалась Нейманом и позднее Рейхенбахом.Оба приходят к отрицательному ответу. Нейман отвергаетвозможность скрытых параметров следующим образом.Пусть мы имеем «чистый» ансамбль (т. е. ансамбль, определяемыйодной волновой функцией). По определению чистогоансамбля он не разложим на части, т. е. если мы возьмём совокупностьбольшего числа любых, одинаковых измерений в этом.ансамбле N и по произволу разделим эту совокупность на двеΛΓ, и iV 2(/Vj -|- Ι\ί 2= Ν), то математическое ожидание любой величиныL одинаково во всех подсовокупностях:Иными словами, разбивая ансамбль на поЦансамбли, нельзяуменьшить дисперсию, разброс величин. Чтобы убедиться в этом,достаточно вместо L подставить в (3) ΔΖ. 2 = \L—Ζ.) 3 ; ч"фгда формула(3) будет означать, что среднее квадратичное отклонение ΔΖ. 2в любом подансамбле одинаково.Стало быть, по Нейману, не может существовать параметров,но которым можно было бы сделать выборку подансамблей такимобразом, чтобы уменьшить статистический разброс величин.Против этого доказательства нельзя возразить ничего: оно попростувыражает внутреннюю непротиворечивость квантовой механики.Но избранный Нейманом метод рассуждений не можетвсё же считаться удовлетворительным, так как он базируетсяна квантовой механике. Между тем, если «скрытые параметры»

Д. И. БЛОХИНЦЕВсуществуют, то их анализ лежит вне компетенции квантовой механики.Мы не будем здесь приводить рассуждения Рейхенбаха, таккак оно также исходит из того, что «скрытые параметры» подчиняютсязаконам квантовой механики, и тогда, естественно, мыостаёмся в кругу тех идей, которые нам следовало бы покинуть.Поэтому мы рассмотрим проблему «скрытых» (лучше сказать·—«пока неизвестных») параметров с иной точки зрения, не подчиняязаранее эти параметры законам квантовой механики.Тогда сразу же можно сказать, что эти параметры не могутбыть взаимно однозначно связаны с величинами, которые встречаютсяв современном эксперименте и в квантовой механике.В самом деле, в этом случае они могли бы быть выраженычерез квантовые величины, а стало быть, и сами должны были быподчиняться законам квантовой механики.Рассмотрим, например, квантовую величину s, имеющую толькодва возможных значения Sj и s z. (Такой величиной может бытьпроекция спина атома на магнитное поле.) Пусть дано некотороесостояние ψ = CJYJ -j- ί/ 2ψ 2» причём в ψ χ5 = s ltа в ψ 2s = s 2.Тогда, согласно квантовой механике, | UJ | 3 есть вероятностьнайти s = s lta \a 2f — вероятность найти s = s 2. В случае, еслисуществуют некоторые скрытые параметры λ такие, что знаниеих позволяет однозначно предсказать, будет ли в данном индивидуальномслучае s равняться s tили s 2, связь между λ и s должнабыть такова, что λ определяет значение 5, а значение s не определяетλ, τ. е. равенствоs = F(i) (4)не должно быть разрешимо относительно λ*).Далее, совокупность параметров λ не может сохраняться приизменении постановки опыта. Действительно, пусть первоначальнодан анРаЯвлТб'· с s = Sj (# а= 0). 11усть ^ есть проекция спинана магнитное поле, направленное по оси OZ. Направим пучоктаких частиц в поле, направленное по оси ОХ и сортирующеечастицы по признаку проекции спина на ось ОХ. Тогда еслипервоначальному ансамблю отвечает область параметров Gj (λ),то эта область разобьётся на двегде G'. — область λ, отвечающая проекции спина н а о с ь OX s x=s lta G' 2— область с проекцией спина на ось ОХ, равной s x— s,. Отделимпучок, скажем, с s x=s^. Разделим его далее полем, направленнымопять по оси OZ, на пучок с s z==-s lи s z= s z. Если*) F (*·) — не обязательно функция, может быть функционал.

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 2Т5при имевшем место изменении внешней обстановки (разделение попризнаку s x) параметры λ не изменялись, то тогда область G' tсодержит параметры λ, соответствующие обоим значениям проекциина ось ОЪ: S, и s 2. Но область G' xесть часть области G 1;в которой, по условию, все λ принадлежали .v z=s 1. Такимобразом, мы приходим к противоречию,Остаётся предположить, что при сортировке частиц по признакуs xв игру вошли новые параметры (или новые значенияпараметров) так, что G[ опять содержит λ, относящиеся какKs z=s t, так и к s z— s 2, т. е. если скрытые параметры вообщесуществуют, то они для каждого макроскопического устройства,анализирующего по какому-либо признаку (например, sz или s x),должны быть своими собственными.То, что мы здесь рассмотрели, есть превращение чистыкансамблей в смешанные. Поэтому результат можно сформулироватьтак: каждому превращению чистого ансамбля в смешанныйсоответствуют свои скрытые параметры (если они вообще существуют).Параметры, удовлетворяющие этому условию, видимо, непротиворечат законам квантовой механики.Их возможный физический' смысл — числовая характеристикавлияния макрообстановки на единичное микроявление.Существуют ли такие параметры на самом деле в природе,это вопрос, который может быть решён только на пути дальнейшегоразвития теории и эксперимента. Физически — это вопросо возможности выделения, изоляции от окружающего мира некоторойего части в терминах иных величин 13 , нежели те, которымиоперирует квантовая механика (s). Априорно нельзя ни 'настаивать на этой возможности, ни отвергать её.3. О СУБЪЕКТИВНОМ ПОНИМАНИИ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИОбратимся теперь к рассмотрению позиции копенгагенскойшколы в понимании физического смысла волновой функции. С наибольшейясностью эта позиция может быть выяснгна в связис дискуссией А. Эйнштейна и Н. Бора 4 . В этой дискуссии былрассмотрен такой пример.Имеются две частицы 1 и 2, претерпевающие столкновение.Пусть их состояние до столкновения в начальный момент временихарактеризуется волновой функцией:Ψ°(*ι.* 2) = Ψ°(*ιΗ°(*.). 0)Волновую функцию этих частиц после столкновения, по исте"чении достаточно большого времени, обозначим через ψ (* l-^a)·Эта функция уже не будет произведением функций, зависящих отх ги х гпорознь.

216 Д. И. БЛОХИНЦЕВИзмерим теперь какую-либо величину, относящуюся толькок первой частице, для определённости, скажем, импульс этой•частицы />!. После этого измерения волновая функция первой•частицы будет ψ Ρι(х х). Разложим ψ (ΧχΧ 2) по ty p(Xi):Ρ (х,) Ψ, (*ι) dp, (2)где

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 217Поэтому изменение состояния второй частицы вызвано не изменением«сведений» о ней, а взаимодействием первойи второй частиц до измерения.Если бы такого взаимодействия не было, то и изменениясостояния первой частицы не оказывали бы влияния на состояниевторой: ψ (-^ь ·*«) оставалась бы равной произведениюΨ° ( χ ι) ?° (•*«) и П Р И любом измерении над первой частицейсостояние второй неизменно было бы φ° (лг 2).В нашем примере особенно ясна сущность корреляции,обусловленной взаимодействием. Действительно, пусть до столкновенияимпульс первой частицы был /?°, а второй — р°. Тогда еслипосле столкновения импульс первой частицы равен р х, то в силузакона сохранения импульса импульс второй частицы обязанбыть равным р 2= />°-j- Р° 2— Ρι· Стало быть, φ Ρι(Λ: 2) есть волнаде-Бройля с импульсом р 2— ρ° χ-\-р° 2— р х. Поэтому сортировкачастиц / по их импульсам (р х) есть в то же время сортировкапо импульсу (р 2) частиц 2.Мы видим, что субъективная трактовка волновойфункции покоится на забвении её статистическойсущност и.В этой же дискуссии А. Эйнштейн и его соавторы (см. цит.соч. 4 ) высказали убеждение в неполноте квантовой механики.Именно они показали, что невозможно одновременно определитьимпульс ρ и координату частицы х, несмотря на то, что каждуюиз этих величин можно измерить, не влияя непосредственно насаму частицу. А Эйнштейн и соавторы рассматривают следующийпример.Пусть волновая функция системы двух частиц имеет вид+ °° iТГ h Ρ ( χ ι — x i + a )dp = 2r&{x l— x i+ a), (4)где а — некоторая постоянная. Пусть мы измеряем сначала импульспервой частицы р 1#Из разложения (4) видно, что еслиэтот импульс равен р, то импульс второй частицы р г= —р.Координата же х гостаётся полностью неопределённой. Вместоимпульса мы могли бы также измерить координату первой частицых г. Пусть χ ι= χ; тогда из (4) следует, что х 2= х-\-(1, т. е.по этому измерению определяется координата второй частицы.Импульс же ρ будет неопределённым.А. Эйнштейн и соавторы и делают отсюда вывод о неполнотеквантовой механики, так как она не позволяет одновременноопределить ρ и χ у частицы даже и в том случае, когда ρ и χпорознь определяются косвенно, без вмешательства приборав состояние частицы (в нашем примере имеется в виду вторая4 УФН. т. XLV, вып. 2

218 д. и, ВЛОХИНЦЕВчастица, измерение же с вмешательством происходит на первойчастице).В своём ответе А. Эйнштейну Н. Бор опровергает эту точкузрения на полноту квантовой механики. При этом Н. Бор исходитиз принципа дополнительности. Он утверждает, что измерительныеприборы в принципе всегда устроены так, что можноизмерить только ρ или только х. Поэтому квантовая механикаполна, так как она полностью соответствует возможностям измерительныхмакроскопических приборов. Этот ответ Н. Бора —только полуправда.Беря в основу своего ответа принцип дополнительности,Н. Бор, естественно, выдвигает на первое место возможностиизмерительных приборов, в то время как суть дела заключаетсяв новой природе объектов измерения — микрочастиц, к которымнеприменимо классическое понятие движения по траектории.Н. Бор оставляет в стороне статистическое толкованиеволновой^ функции. Л. И. МандельцггдмЛ! показал, что в приведённомАТЭТГнтЛт^Иом^гпгтгере'р'ечь идёт о разложении исходногоансамбля φ (х ъх 2) на различные исключающие друг другаподансамбли (один раз по признаку р, другой раз по признаку л:).Изменение же состояния второй частицы, как мы это поясниливыше, связано не с воздействием прибора на эту частицу (котороев рассматриваемом примере отсутствует), а с корреляциейсостояний обеих частиц, обусловленной их взаимодействием,имевшим место до измерения.Таким образом, А. Эйнштейн и соавторы, критикуя квантовуюмеханику в связи с невозможностью измерить ρ κ χ одновременно,даже в случае отсутствия прямого вмешательства прибора,упускают из вида принципиально иную природу макрочастиц; онинезаконно предполагают, что микрочастицы не отличаются от классическихчастиц и только неделикатное вмешательство прибораявляется причиной соотношения неопределённости.В своей более поздней статье 1 , посвященной этому же вопросу,А. Эйнштейн повторяет свою ошибку. А. Эйнштейн рассматриваетдилемму: либо а) частица имеет на самом деле ρ и х, но вмешательствоприбора не допускает одновременного их измерения(тогда квантовая механика неполна, так как не даёт способаизмерить то, что существует в природе); либо б) частиды на самомделе описываются ψ-функцией и не имеют в действительностини р, ни х. Последние возникают только в определённой^обстановке, например при измерении.А. Эйнштейн отвергает возможность (б) и склоняется к первой(а). Именно, А. Эйнштейн находит противоречие междувозможностью (б) и принципом «близкодействия», о котором мыписали в главе III. Суть этого противоречия заключается в том,что если ψ-функция описывает состояние частицы, то это ψ может

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО, ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 219быть изменено во всём пространстве измерением, произведённымв локальной области пространства.На рис. 3 изображена ψ-функция некоторого состояния частицы.Допустим, что производится измерение координаты частицыи получается, что x = x f . Тогда такой частице отвечает новаяволновая функция ψ^ (χ) = δ (χ — χ'), изображённая на том жерисунке, т. е. волновая функциясводится в острый пик.Это сведение («редукция»)означает, что процесс в точкех' (локализация частицы) «действует»на волну ψ (Λ;) ВО всёмпространстве, т. е. нарушаетзакон близкодействия.Придя к этому противоречию,А. Эйнштейн исключаетэту возможность на том Рис. 3.основании, что «идея существованиязамкнутых систем и вместе с тем установление эмпирическипроверяемых законов, в „привычном с мы с л е" (подчёркнутонами) делаются „невозможными"». Выше мы уже рассматривалиэту сторону дела. Развитие науки в том и заключается, что «привычное»приходится заменять на «непривычное».Легко видеть, в чём заключается ошибка в рассужденииА. Эйнштейна. Обсуждая альтернативную возможность (б), А

220 Д. И. БЛОХИНЦЕВМежду тем А. Эйнштейн как раз и рассматривает процессстягивания волновой функции как процесс перетекания какой-тофизической сущности, «флюида», из одной части пространствав другую. Поэтому А. Эйнштейн неверно трактует альтернативу(б) и неосновательно её отвергает. Эту же неверную трактовкуальтернативы (б) дабт и X. Рейхенбах 7 . X. Рейхенбах такжесчитает, что в стягивании волновой функции выявляется нарушениеобычной причинности. Но различие точек зрения X. Рейхенбахаи А. Эйнштейна заключается в том, что А. Эйнштейн отвергаетвозможность (б), как противоречащую, по его мнению,принципу близкодействия, а X. Рейхенбах принимает эту возможность,и, вместо того, чтобы вскрыть физическую сущность этойпостановки вопроса, заявляет о существовании аномалии и причиннойсвязи, с которой следует согласиться де-факто. В этойсвязи X. Рейхенбах объявляет о существовании нового принципа —«принципа каузальной аномалии» (охота же у буржуазных философовдо «аномалий»).Обсуждая редукцию волновой функции и отмечая возможностьстатистической интерпретации ψ-функции, он пишет (;ит. соч.,стр. 345); «Тогда прерывный переход от ψ κ ψ' не представляетбольшей трудности, чем, скажем, прерывный переход от вероятностисмерти двадцатилетнему человеку к вероятности смертиэтого же человека при условии, что дополнительно известно,что он болен туберкулезом». (Видно, трудно выдумать в современноммаршаллизованном обществе более популярныЗ пример,чем смерть в двадцатилетнем возрасте от туберкулёза *).) Если же,говорит X. Рейхенбах, ψ рассматривается как физическое состояние,тогда этот путь (интерпретация сведения ψ κ ψ') закрыт.Неправильность этой аргументации вытекает опять же из попыткиприписать ψ-функцию одному электрону и рассматриватьеё как характеристику данного электрона, а не ансамбля, к которомуон принадлежит.' Далее, X. Рейхенбах отмечает (там же): «Вероятностная интерпрета;ияψ-функции, конечно, также имеет свои аномалии; онивыражаются не во временном развитии ψ-функции, но в поведениичастиц, поскольку эта интерпретация в её исчерпывающей форметождественна с корпускулярной интерпрета;ией».В этом утверждении X. Рейхенбах, в сущности, повторяетвероятностное, статистическое понимание ψ-функции в духе альтернативы(а) А. Эйнштейна (частицы микромира понимаются каккорпускулы ерях, которые, однако, нельзя измерить).*) Известен пример Е. Шредингера, в котором с помощью атомнойфизики отравляют синильной кислотой кошку. Больные туое гкулёзоммолодые люди, дохлые кошки и пр. и составляют теперь арсенал примеровбуржуазных философов.

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧ ·ΧΚΟΓΟ ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 221Между тем, особенность квантовой механики в том и'" заключается,что она непосредственно на языке статистикивыражает закономерности, свойственные объектаминой природы, отличным от материальных точ ;екклассической теории.В самом деле, приборы, как в классической физике, таки в современной атомной физике являются макроскопическимиустройствами. Поэтому ясно, что суть различия классическихи квантовых явлений коренится не в приборах как таковых,а в новой природе квантовых объектов.А. Эйнштейн мог бы быть прав в смысле альтернативы (а),если бы действительно дело обстояло так, что современный физическийэксперимент был бы недостаточен по точности для измерения«истинных», одновременныхзначенийρ и х.На самом деле, современныйфизическийэксперимент достаточноточен, чтобыдоказать, чтоэта пара величинне осуществляетсяв природе одновременно.Так, из рассеяниярентгеновских лучейРис. 4.или электронов наатомах можно найти распределение электронов внутри атома,т. е. |ф(01 2 > г * е г—расстояние электрона от ядра. Этораспределение изображено на рис. 4. Такой эксперимент означаетопределение координат электронов внутри атомов. При этомэнергия исходного состояния атома равна Е л= — -ψ-, где а—радиусорбиты по Бору.Как показывают опыт и теория, находящаяся в соответствиис опытом (см. например, книгу автора 10 ), значительная частьэлектронов оказывается находящейся на расстояниях г от центратаких, что потенциальная энергия электрона U (г) оказываетсябольше полной его энергии Ε (эта часть электронов показанана рис. 4 заштрихованной площадью). Поэтому, если мы будемсчитать, что в этом состоянии электрон имеет помимо координатыещё и импульс р, то так как полная энергия равна Е=-^—+-\- U(r), мы получим, что дляг^>2а£/ = — и -£—

222 г д. и. ВЛОХИНЦЕВГточное значение энергии, а лишь некоторое среднее из «истинных»значений энергии отдельных атомов, то тогда Д£ а == (Е— £ 0 ) 2 ]>0, т. е. существует разброс энергии около среднегозначения Е о. Нетрудно определить, что этот разброс АЕ попорядку величины равен Е о. Но этот вывод полностью противоречитлюбому из опытов по определению энергии электрона в нижнемсостоянии атома (энергии ионизации), которые показывают,что подобного разброса в значении энергии ионизации на самомделе нет.Стало быть, наше предположение, что электрон в атоме, обладающийэнергией Е = Е 0, имеет какие бы то ни было одновременныезначения х(г) и ρ противоречит экспериментальным данным.Микрочастицы не есть объекты, к которым применимо понятиедвижения по траектории.Такое движение с квантовой точки зрения есть лишь частныйслучай движения, реализующийся приближённо только при некоторыхопределённых условиях.4. О ПРИРОДЕ КВАНТОВЫХ ЧАСТИЦ *)Вся совокупность известных фактов указывает на то, что частицымикромира отличаются от корпускул классической теориив гораздо большей степени, нежели это можно усмотреть из нере-%лятивистской квантовой механики. Можно утверждать, что этапоследняя механика, в сущности, еще только ставит проблемучастиц и подготовляет позиции для новой концепции, но самапо себе ещё не решает этой проблемы.Так как нерелятивистская квантовая механика имеет делос ансамблями частиц с конечным и заданным числом степеней свободы(система бесспиновых частиц имеет, например, 3iV степенейсвободы, а частиц со спином — 4yV степеней свободы), то она ещёостаётся очень похожей на механику системы материальных точеки поэтому многие склонны считать, что объект рассмотренияквантовой механики тот же, что и механики классической, и,что, мол, квантовая механика даёт лишь новый закон движениячастиц. Это, однако, — глубоко ошибочный взгляд. Чтобы в этомубедиться, достаточно обратиться к области больших энергии(область релятивистской теории).Опыт показывает, что системы с заданным числом частиц существуютлишь до тех пор, пока энергия движения частиц Τмала по сравнению с их собственной внутренней энергией т 0с 3(т 0— масса покоя, с — скорость света).же1δ*) Более подробно этот вопрос освещен в статьях автора 14 ; см. так-

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 223Если энергия превышает эту величину, то само число частицстановится переменным.Типичным примером такого процесса является каскадный процессв мягкой компоненте космических лучей. Первичный фотонбольшой энергии порождает пару (позитрон и электрон). Частицыэтой пары при дальнейшем движении порождают новыефотоны (тормозное излучение), эти фотоны превращаются в новыепары и т. д. В результате множится число частиц.Если рассматривать весь процесс в целом, то мы имеем здесьдело с системой, обладающей неопределённым, в принципе какугодно большим, числом степеней свободы (т. е. число рождаемыхчастиц может быть неограниченно большим).Подобные материальные системы называют полем. Раньшеполе считали чем-то таким, через что осуществляется взаимодействиечастиц, и противопоставляли его частицам.Это имело свои законные основания в том, что частицысчитались неизменными. Физика рассматривала лишь изменениядвижения в системе из заданного числа частиц.Поскольку теперь открыты явления, в которых изменяется самочисло частиц (они рождаются и уничтожаются, превращаясь вдругие), то классическое деление на поле и на частицы,сохранённое и в нерелятивистской квантовоймеханике, становится несостоятельным.Например, раньше предполагалось, что электромагнитное поле(фотоны) обусловливает взаимодействие электронов, но электроны,со своей стороны, не приводят к какому-либо взаимодействиюфотонов. В настоящее время мы знаем, что фотоны могут взаимодействоватьмежду собой через электроны, т. е. если раньшефотоны противопоставляли электронам как поле «истинным» частицам,то теперь такое противопоставление незаконно: электроныв свою очередь обусловливают взаимодействие фотонов и, следовательно,«истинные» частицы — электроны—играют роль поля для«эфемерных» частиц — фотонов.Другой пример: мезоны могут рассматриваться как истинныечастицы по отношению к фотонам, которые обусловливают электромагнитноевзаимодействие мезонов (поле), но мезоны самиобусловливают взаимодействие более тяжёлых частиц — нуклеонови являются для этого взаимодействия полем (мезонным).Поэтому разделение на частицы и поле становится необоснованными имеет только относительное значение.Понятие поля как материальной сущности с неограниченно большимчислом степеней свободы, видимо, имеет более фундаментальноезначение, нежели частицы, которые являются с этой точкизрения лишь частным проявлением поля.Поле может передавать другому полю свой заряд, свою массу ^энергию, импульс и т. п. только определёнными дискретными пор-

224 д. и. БЛОХИНЦВВциями, которые мы и называем частицами. Частицы выступаютв этом аспекте как определённые проявления полевых взаимодействий.Если мы говорим, что имеем дело с одной,двумя, тремя и т. д. частицами, то с «полевой» точкизрения это лишь различные ступени возбужденияполя.Это возбуждение может быть локализовано в малой областиили, напротив, занимать большую область пространства. В первомслучае мы говорим: частица имеет координату, во втором говорим:координаты нет, она не имеет смысла.' Физическое содержание этого утверждения может быть иллюстрированона примере фотонов (квантов света), которые имеютмассу покоя, равную нулю, и поэтому при всех условиях являютсячастицами релятивистскими. К этим частицам вообще неприменимопонятие пространственной локализации (но оно применимоквозбуждению поля).- хЕсли возбуждение поля F(x) локализовано в некоторой областипространства (ζζζΑχ), ТО такое поле можно представить в видесуперпозиции волн= Γ A(k)e ikx dk.k 0— ΔΑПо известной теореме интервал волн Ak, существенно участвующихв суперпозиции волн, связан с областью локализации Δ χсоотношением*):Δ6·ΔΛ:>2π.Из него следует, что чем меньше область Δ&, в которой локализовановозбуждённое поле, тем шире набор волн, создающихэто возбуждение. Но каждая волна с определённым k соответствуетфотону одного сорта (сорта «А»). Поэтому локализованноеполе не может быть осуществлено одним фотоном,а только набором фотонов. Таким образом возбуждение,соответствующее одному фотону, обязательно не локализовано(занимает большую область пространства).То же самое должно относиться и к частицам с массой покоя^отличной от нуля. Если область локализации возбуждения, напримерэлектронного поля, мала по сравнению с Δχ~ (здесьА — постоянная Планка, т — масса покоя электрона, с — скоростьсвета), то такое возбуждение не может быть осуществлено однимэлектроном или одним позитроном: число участвующих позитронови электронов станет неопределённо большим.Этот эффект известен под названием «поляризации вакуума»^*) Это соотношение применимо к любым волнам.

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 225-Современная теория.частиц находится ещё в весьма зачаточнойступени своего развития. Изложенные выше соображения о природечастиц базируются частью на новых, экспериментально установленныхфактах, частью на провизорных теориях. Поэтомувесьма возможно, что понятие частицы как атомистического,квантового проявления поля не вполне адэкватно действительнойсущности микрообъектов. Тем не менее можно думать, что многиечерты обрисованной выше концепции частиц сохранятся и в будущихтеориях, более основательных, нежели существующие.Эта мысль находит своё подтверждение в том обстоятельстве,,что современная теория квантованного поля, несмотря на еб достаточноизвестные несовершенства, в последние годы получилановые неожиданные подтверждения как раз в тех пунктах, которыесчитались до сего времени сомнительными.Приведём здесь одно из них, представляющее особый интересдля рассматриваемого нами круга вопросов.Известно, что теория квантованного электромагнитного поля,приводит к существованию так называемого нулевого поля, т. е_поля без фотонов. Фотоны-частицы появляются лишь в результатевозбуждения поля 14·15 . Этот теоретический вывод указывает нааналогию между свойствами поля и твёрдого тела. В твёрдом теле,,находящемся при абсолютном нуле температуры, существуют колебаниявещества — нулевые колебания. При возбуждении (например,при нагревании) твёрдого тела в нём возникают волны, энергиякоторых изменяется порциями ε = Λω, а импульс — порциямиρ = hk (здесь ω — частота волны, к — волновой вектор), причём.k= —, где ν — скорость звука, т. е. при возбуждении тела внём появляются корпускулярные свойства, появляются частицы —«фононыа, имеющие энергию е и импульс р. Никто никогда несомневался в том, что и при отсутствии фононов, т. е. в своёмнижнем энергетическом состоянии, твёрдое тело продолжает существовать.Между тем в отношении электромагнитного поля считали,что оно существует лишь постольку, поскольку существуютфотоны. Существование нулевого поля и его энергию были склоннырассматривать как лишний, не соответствующий действительностивывод теории.Автором этой статьи ещё в 1938 г. было показано, что нулевыеколебания поля, если они существуют, должны приводить ксмещению уровней в атомах. Тогда же была получена качественноправильная формула для этого смещения. Более точно и последовательноэтот вопрос был рассмотрен в последние годы рядоизарубежных учёных, причём предсказания теории оказались в полномсогласии с опытом 14 .Вопрос о реальном существовании фона также принадлежитк числу вопросов, по поводу которого нет полного единодушна

226 д. и. БЛОХИНЦЕВ ; .•.:среди физиков. Такой фон способен, по аналогии с диэлектриком,поляризоваться. Поляризация должна была бы привести к :рассеяниюсвета на свете. Экспериментально это явление никому неудалось доказать ввиду его малости.Однако было показано (см. 13 ), что поляризация фона (или какиногда говорят «вакуума») даёт определённый вклад в смещениеуровней в атомах. Более доказательным является то обстоятельство,что в последнее время было показано экспериментально,что отношение магнитного момента электрона к механическому невполне соответствует предсказываемому по теории Дирака, а отли-1 езчается от него на -jr— · —г— •ζκ ticЕсли вычислить эту поправку, исходя из броуновского движенияэлектрона в нулевом поле, то получается неверный . знак поправки,и только учёт того, что помимо нулевого поля существуютещё флуктуации поляризации фона, приводит к верному значениюпоправки. Этот результат указывает на реальное существованиефлуктуации поляризации фона, а стало быть и самого фона.Современная теория не вполне верно описывает как поле нулевыхколебаний, так и фон: энергия того и другого оказывается бесконечнобольшой. Остаётся также неясной связь различных полей.Однако приведённые выше результаты теории, подтверждаемые[опытом, указывают, что и нулевое электромагнитное поле и фонвсё же существуют в действительности. А это означает, что то, чтомы называем пустотой, на самом деле является некоторой средой.Назовём ли мы её по-старинному «эфиром» или более современнымсловом «вакуум», от этого суть дела не меняется. Эта средаимеет некоторые общие свойства с твёрдым диэлектриком. Разумеется,что эта общность свойств имеет значение лишь аналогии:«вакуум», конечно, не является ни твёрдым, ни жидким, ни газообразнымтелом, а обладает своей особой природой.Вельтон дал очень наглядную интерпретацию рассматриваемогоявления. (См. также более позднюю работу автора 18 .) Именно онпоказал, что весь эффект смещения уровней вызван тем, что электронпод действием нулевых колебаний электромагнитного полясовершает броуновское движение, в силу чего изменяется среднеезначение потенциальной энергии электрона по сравнению с тем,которое было бы в отсутствии нулевых колебаний. Отсылая читателядля более полного ознакомления с этим вопросом к обзоруД. А. Смородинского 16 , мы обращаем внимание на то, что в результатеназванных работ можно считать установленным, что нулезыеколебания электромагнитного поля действительно существуют,ι вместе с тем существует и электромагнитное поле без фотонов,юдобно тому, как существует твёрдое тело без фононов. Тем:амым также доказано, что поле есть первичное и общее, а частид.ы,в данном случае фотоны, — вторичное и частное.

КРИТИКА ИДЕАЛИСТИЧЕСКОГО ПОНИМАНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ 227Аналогия с твёрдым телом продолжается и далее, если обратитьсяк позитронно-электронному полю. Хорошо известно, чтоэнергетический спектр диэлектрика состоит из ряда полос («зон»),дозволенных и запрещённых энергией. В нормальном, невозбуждённомсостоянии нижняя полоса полностью заполнена электронами.Если извлечь из неё один электрон и перевести в другую, верхнюю,зону, то возникает пара: электрон в верхней зоне и «дырка»в нижней зоне. Электроны, находящиеся в верхней зоне, приводятк нормальной электронной проводимости, а «дырки» в нижнейзоне приводят к «дырочной» проводимости, соответствующей положительномузнаку заряда носителей тока. Совершенно аналогичнымобразом в теории электронно-позитронного поля существуетнижняя полоса (£ -(-отс 2 ), нормально свободная.При возбуждении такого поля электрон из фона переходит в верхнююзону, а в нижней зоне, в фоне, образуется «дырка», котораяявляется позитроном.Мы предприняли этот экскурс в область, в которую ещё нетторной дороги, а только едва намеченные и теряющиеся в неизвестномтропинки, для того чтобы показать, что современная физикане может пойти вспять, а, напротив, принуждена искать новыхпутей, ломающих рамки и самой квантовой механики.Квантовая механика рассматривает чисто корпускулярные представленияи понятия классического атомизма как приближённые.Но современной теории предстоит сделать новые шаги по путидальнейшего развития понятия частицы, ещё более уводящие насот классической атомистики. На этом пути физик, наверно, встретитсяс новыми «странностями» и «необычайностями». Но глубокоправ В. И. Ленин, утверждая, что «как ни диковинно с точкизрения „здравого смысла" превращение невесомого эфира в весомуюматерию и обратно, как ни „странно" отсутствие у электронавсякой иной массы, кроме электромагнитной, как ни необычноограничение механических законов движения одной только областьюявлений природы и подчинение их более глубоким законамэлектромагнитных явлений и т. д., — всё это только лишнее подтверждениедиалектического материализма» 1 .Из всего сказанного для нас важен основной вывод относительночастиц: частицы являются лишь возбуждениями «вакуума»или, можно сказать, нового квантового «эфира», который продолжаетжить и тогда, когда никаких частиц нет: в нём флуктуируетэлектромагнитное поле и электрическая поляризация. Здесь нетпокоя, а вечное движение, подобное зыби на поверхности моря.С этой точки зрения кажется ясным также что никаких изолированных,предоставленных самим себе «свободных» (как говорят) частицне существует. Даже в случае значительного удаления частицдруг от друга они всё же продолжают принадлежать породившей

228 Д. И. БЛОХИНЦЕВих среде, находящейся в состоянии непрерывного, хаотического,«турбулентного» движения.В этой связи частиц и среды и скрывается природа той невозможностиизолировать частицу, которая проявляется в аппаратеквантовой механики.ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА1. В. И. Ленин, Материализм и эмпириокритицизм.2. История ВКП(б), Краткий курс, стр. 101.3. Е. Schrodinger, Abhandlungen tiber die Wellenmechanik.4. Η. Бор, УФН, 16, 446 (1936).5. В. Гейзенберг, Физические принципы квантовой теории, ПТИ.1932.6. N. Bohr, Atomtheorie und Naturbeschreibung, J. Springer, Berlin (1931),.стр. 62.7. «Dlalectica», № 7/8, 1948, стр. 312.8. P.Jordan, Physics of 20 th Century, Phil. Lib. New York, 1944^стр. 160.9. P. Jordan, Anschauliche Quantentheorie, J. Springer, Berlin, 1936,стр. 303.10. Д. Блохинцев Основы квантовой механики, Гостехиздат (1949)~11. А. Иоффе. Сборник, Основание новой механики, ГИЗ, 1927, статья.А. Гринберга.12. Е. Шредингер, «Что такое жизнь?» ИЛ, 1947, стр. 123.'13. Д. И. Блохинцев, ЖЭТФ, 16, 965 (1946).14. Д. И. Блохинцев, УФН, 42, 78 (1950); 44, 104 (1951).15. Я. И. Френкель, УФН, 4?, 69 (1950).'16. Я. А. С м о ρ о д и н с к и й, УФН, 39, 32о (1950).