| Головна |
| <Попереднє | Наступна » | |
VIII. АТОМНА ФІЗИКА І ПРАГМАТИЧНИЙ ОБРАЗ ДУМКИ (1929) |
||
|
П'ятиріччя, що послідувало за Сольвеєвський конференцією в Брюсселі, в настільки райдужному блиску малювалося пізніше молодим людям, які працювали над розвитком атомної теорії, що ми часто говорили про нього як про «золотом столітті атомної фізики». Величезні труднощі, поглощавшие в передували роки всі наші сили, були подолані. Ворота в нововідкриту область квантової механіки оболонки атома були широко розкриті; і людині, яка бажав тут досліджувати і співпрацювати, зривати плоди цього саду, пропонувалося незліченна безліч проблем, які колись були нерозв'язні, тоді як нові методи дозволяли працювати над ними і вирішувати їх. У багатьох областях, де місце дійсного розуміння мимоволі займали емпіричні правила, невизначені подання або туманні здогадки, як, наприклад, у фізиці твердого тіла, феромагнетизму, хімічного зв'язку, нові методи дозволяли досягти повної ясності. Це доповнювалося відчуттям, що нова фізика і з філософської сторони у вирішальних аспектах перевершує колишню, що вона - в якомусь ще чекає свого прояснення сенсі - ширше і багатше. Коли пізньої осені 1927 я отримав запрошення від Лейп-цігского і Цюріхського університетів зайняти в них посаду професора, я вибрав Лейпциг, де мене особливо манило співпрацю з відмінним фізиком-експериментатором Петером Дебаєм. Правда, на моєму першому семінарі з атомної теорії у мене був тільки один-єдиний слухач, проте я був упевнений, що мені, зрештою, обов'язково вдасться залучити багатьох молодих людей на сторону нової атомної фізики. Я виговорив собі умову, що до вступу на посаду в Лейпцигу буду мати можливість відправитися на рік в Сполучені Штати для читання там лекцій про нову квантовій механіці. Отже, в лютому 1929 року в жорстокий холод я піднявся в Бремерхафені на корабель, який повинен був доставити мене в Нью-Йорк. Вже наш вихід з гавані виявився важким завданням. Він тривав два дні, тому що фарватер був заблокований щільним крижаним бар'єром, та й надалі ми потрапляли у найсуворіші шторми, які я коли-небудь переживав на море, так що лише на п'ятнадцятий день досить-важкого морської подорожі переді мною сплив берег Лонг-Айленда і за ним знаменитий силует, skyline Нью-Йорка на тлі західного неба. Новий Світ майже з першого ж дня зачарував мене. Вільна розкута активність молодих людей, їх не обтяжена всякого роду умовностями гостинність та готовність допомогти, що йшов від них радісний оптимізм - все це викликало в мені таке почуття, немов якийсь тягар впав з плечей. Інтерес до нової теорії атома був великий. Я зміг відвідати з лекціями багато університетів і добре познайомився з країною в її самих різних аспектах. Там, де я залишався довше, у мене зав'язувалися нові дружні контакти, що починалися з спільних ігор в теніс, човнових і вітрильних прогулянок і дуже часто оканчивавшиеся грунтовними бесідами про новітній розвитку нашої науки. Особливо мені запам'яталася бесіда з моїм партнером по тенісу Бартоном, молодим чикагським фізиком-експериментатором, який якось запросив мене на кілька днів ловити рибу у віддаленій озерної місцевості на півночі країни. Розмова зайшла про одну дивувати мене межі, яку я постійно спостерігав на своїх лекціях в різних частинах Америки. Якщо в Європі відсутність наочності в нової атомної теорії, дуалізм корпускулярного і хвильового уявлень, чисто статистичний характер природних законів, як правило, вели до запеклих суперечок, а інший раз і до категоричної заперечення нових ідей, то американські фізики в своїй більшості були, схоже, готові без жодних утруднень прийняти новий погляд на речі. Для них він як би не уявляв жодної проблеми. Я запитав Бар-тону, як він пояснить це розходження, і отримав приблизно таку відповідь. - Ви, європейці, і особливо німці, схильні ставитися до подібного роду ідеям страшно принципово. Ми дивимося на все набагато простіше. Раніше ньютоновская фізика була досить точним описом спостережуваних фактів. Потім стали відомі електромагнітні явища, і виявилося, що ньютонівської механіки тут вже мало, але що в той же час для опису таких явищ цілком вистачає рівнянь Максвелла. Нарешті, вивчення атомних процесів показало, що застосування законів класичної механіки та електродинаміки не приводить до спостережуваних результатів. Тож потрібно було удосконалити колишні закони або рівняння, і так виникла квантова механіка. По суті фізик, навіть теоретик, надходить тут просто як інженер, конструює, скажімо, міст. Припустимо, він зауважує, що застосовувалися раніше формули для розрахунку його нової конструкції вже недостатні. Він повинен внести ще якісь поправки на вітрової напір, на старіння матеріалу, на температурні коливання тощо, і може зробити це, вносячи додавання в колишні формули. Так він отримує поліпшені формули, більш надійні конструктивні параметри, і всі задоволені. Але ж основні принципи інженерної діяльності залишаються без змін. У сучасній фізиці, по-моєму, все йде так само. Можливо, ви робите помилку, трактуючи закони природи як абсолютні, а після цього дивуєтеся, що їх доводиться змінювати. Мені здається, вже саме вираження «закон природи» веде до досить сумнівному звеличення або обожнювання формулювання, яка по суті не може бути нічим іншим, окрім як просто практичним приписом про те, як слід поводитися з природою у відповідній області. Словом, по-моєму, треба повністю відмовитися від усіляких абсолютизація; тоді не буде жодних труднощів. - Так значить, тебе нітрохи не дивує, - зауважив я, - що електрон в одному випадку виступає як частка, в іншому - як хвиля. Ти бачиш тут нехай несподіване за формою, але все ж просто продовження колишньої фізики. - Ще як дивує; але раз я бачу, що таке відбувається в природі, мені треба з цим миритися. Якщо існують освіти, які зараз схожі на хвилю, а потім - на частку, значить явно пора формулювати нові поняття. Можливо, варто було б назвати такі утворення «волніцамі», а квантову механіку - математичним описом поведінки цих «волніц». - Ні, по-моєму, така відповідь все занадто спрощує. Мова ж йде не про приватне властивості електронів, а про властивість будь-якої матерії і всякого випромінювання. Візьмеш ти електрони або кванти світла, або молекули бензолу, або камені, завжди в наявності обидві риси - частіцеобразность або волнообразность і, відповідно, статистичний характер законів природи можна спостерігати в принципі скрізь. Хіба що на атомарному рівні квантовомеханічні риси набагато різкіше кидаються в очі, ніж в речах повсякденного досвіду. - Так що ж? Тоді ви просто трохи видозмінили закони Ньютона і Максвела, і в області атомних явищ ці зміни здаються спостерігачам дуже помітними, тоді як у сфері повсякденного досвіду вони ледве видно. Як не подивися, мова йде лише про більш-менш ефективних удосконаленнях, і квантова механіка теж явно буде ще вдосконалюватися, коли буде потрібно коректний опис інших, ще не так добре відомих явищ. Але поки квантова механіка служить зручним для всіх експериментів в області атома операціональним приписом, відмінно зарекомендували себе. Весь цей бартонівського спосіб розгляду був мені зовсім не до душі. Але я розумів, що повинен для прояснення своєї думки сформулювати деякі речі трохи точніше. Тому я заперечив з підкресленою категоричністю: «По-моєму, ньютоновскую механіку взагалі не можна вдосконалити або поліпшити. Я маю на увазі наступне: оскільки ті чи інші явища піддаються опису в поняттях ньютонівської фізики, якось місце, швидкість, прискорення, маса, сила і т. д., остільки і ньютонівські закони залишаються в повній силі, і тут навіть через сто тисяч років нічого не зміниться. Мабуть, варто було б сказати точніше: ньютонівські закони діють з тим же ступенем точності, з якою явища піддаються опису в ньютоновских поняттях. Не розумію, - заперечив Бартон, - хіба механіка теорії відносності не є удосконаленням ньютонівської механіки? А адже там взагалі немає мови про принципі невизначеності. - Про принцип невизначеності мови немає, - спробував я продовжити своє пояснення, - але про інший просторово-тимчасовій структурі, особливо про зв'язок між простором і часом, - так. Поки зберігається видимість абсолютного часу, незалежного від місця і від руху спостерігача, поки ми оперуємо жорсткими або практично жорсткими тілами певної протяжності, доти залишаються справедливими і ньютонівські закони. Але якщо ми будемо мати справу з дуже високими швидкостями і проведемо при цьому дуже точні вимірювання, то виявимо, що поняття ньютонівської механіки вже не в точності відповідають досвідченим даними, - що, наприклад, годинник рухомого спостерігача здаються йдуть повільніше, ніж годинник спочиваючого, - і тоді нам доведеться перемкнутися на релятивістську механіку. - Чому ж ти тоді не згоден назвати релятивістську механіку удосконаленням ньютонівської? - Своїм запереченням проти слова «удосконалення» стосовно до теорії відносності я хотів просто уникнути одного непорозуміння, і якщо не буде цієї небезпеки, то, будь ласка, можна говорити і про удосконалення. Непорозуміння, яке я маю на увазі, стосується якраз твоєї аналогією з удосконаленнями, вводяться інженером при практичному застосуванні фізики. Було б абсолютно помилковим ставити принципові зміни, що виникають при переході від ньютонівської механіки до релятивістської або квантовій механіці, на одну дошку з інженерними вдосконаленнями. Бо інженеру, що вводить удосконалення, немає потреби щось змінювати у своїх колишніх поняттях. Всі терміни зберігають своє колишнє значення, просто у формули вносяться поправки з урахуванням факторів, якими перш нехтували. Але поправки подібного роду не мали б в ньютонівської механіці ні найменшого сенсу. В принципі, не існує експериментів, які змусили б до таких змін. У тому й полягає непохитна абсолютність ньютонівської фізики, що всередині області свого застосування вона не може бути поліпшена за допомогою невеликих змін або поправок, що вона давно знайшла тут свою остаточну форму. Але є області, де з понятійної системою ньютонівської механіки ми сідаємо на мілину. У таких областях нам потрібні абсолютно нові понятійні структури, і нам їх надає, наприклад, теорія відносності або квантова механіка. Ньютоновская фізика, хочу я сказати, володіє таким ступенем завершеності, який фізичний інструментарій інженера не володіє ніколи. Через цю завершеності, цієї замкнутості ніякі поступові удосконалення тут неможливі. Що, мабуть, можливо - так це перейти до зовсім новій системі понять, причому стара система виявиться включеної в нову на правах граничного випадку. - Але звідки ж ми знаємо, - запитав Бартон, - що якийсь розділ фізики завершений в тому сенсі, як ти це щойно стверджував відносно ньютонівської механіки? Які критерії відрізняють завершений розділ від ще відкритого і які завершення в даному сенсі розділи є, по-твоєму, в колишньої фізики? - Найважливішим критерієм завершеності якійсь області є наявність в ній чітко сформульованої, внутрішньо несуперечливої аксіоматики, що фіксує як поняття, так і закономірні співвідношення всередині даної системи. Якою мірою така аксіоматична система відповідає дійсності, вирішує, природно, тільки досвід, і ми називаємо систему «теорією» тільки тоді, коли вона дозволяє описати великі області досвідчених даних. Якщо дотримуватися цього критерію, то я розрізнив би у всій відомій досі фізиці чотири замкнутих області: це ньютоновская механіка, статистична теорія теплоти, спеціальна теорія відносності разом з максвеллівською електродинамікою і, нарешті, нововознікшая квантова механіка. Для кожної з цих областей існує чітко сформульована система понять і аксіом, положення яких в строгому сенсі слова вірні, поки ми залишаємося в тих областях досвіду, які можуть бути описані за допомогою цих понять. Загальна теорія відносності, мабуть, ще не може бути зарахована до завершеним областям, оскільки її аксіоматика досі не прояснена, а її застосування до питань космології, схоже, допускає ще різноманіття рішень. Тому її слід віднести поки до відкритих теоріям, в яких залишається ряд невизначеностей. Бартон, схоже, був частково задоволений такою відповіддю, але хотів краще зрозуміти мотиви цього вчення про завершені системах. «Чому ти, власне, надаєш таку важливість твердженням, що перехід від однієї області до іншої, скажімо від ньютонівської фізики до квантової теорії, відбувається не плавним, а в певному сенсі переривчастим чином? Ти, звичайно, прав, тут вводяться нові поняття, і постановка питань в новій галузі виглядає інакше. Але невже це так вже суттєво? Зрештою, триває все той же прогрес науки, розширюється наше розуміння природи, і це головне. А чи відбувається цей прогрес плавно або безперервно, окремими стрибками, мені здається досить-байдужим ». - Ні, це зовсім не байдуже. Твоє уявлення про плавний прогрес у такому ж сенсі, в якому ти говорив про зростання інженер- ного вміння, позбавляє нашу науку всякої сили або, скажімо, всякої жорсткості настільки, що я навіть не знаю, чи можна буде тоді продовжувати називати її точною наукою. Якби ми захотіли займатися фізикою твоїм чисто прагматичний спосіб, то вихоплювали б кожен раз ту чи іншу приватну область, на даний момент добре доступну експериментально, і намагалися відображати спостережувані там процеси за допомогою наближених формул. У разі занадто великий неточності опису можна було б вводити поправочні коефіцієнти, домагаючись таким чином підвищення точності. Але у нас не було б уже ніякого права задаватися питаннями про закони природи в цілому і не було б ніякої перспективи пробитися навіть до тих найпростішим закономірностям, які - візьмемо тільки один приклад - відрізняють ньютоновскую механіку від птолемеевской астрономії. Таким чином, був би загублений найважливіший критерій істинності нашої науки - простота законів природи, яка завжди світить нам в кінці шляху. Ти, звичайно, можеш знову сказати, що в цій вимозі простоти криється претензія на абсолютне пізнання, логічно абсолютно невиправдана. Чому закони природи повинні бути обов'язково простими, чому великі області нашого досвіду допускають простий опис? Але тут я повинен звернутися до попередньої історії фізики. Ти зобов'язаний погодитися, що чотири названі мною завершення області володіють кожна своїм дуже простий аксіоматикою і що вони описують дуже широке коло явищ. Лише за наявності такої аксіоматики поняття «закон природи» дійсно виправдано, і якби її не було, фізика ніяк не могли б вважатися точною наукою. У цієї простоти є ще й інша сторона, яка стосується нашого ставлення до законів природи. Не знаю тільки, чи вдасться мені тут висловитися коректно і зрозуміло. Коли ми, як це завжди на перших порах доводиться робити в теоретичній фізиці, підсумовуємо в формулах дані експериментів, досягаючи таким шляхом феноменологічного опису природних процесів, то ми відчуваємо, що винайшли ці формули, більш-менш вдало, але винайшли. Але коли стикаєшся з дуже загальними закономірностями, які в кінцевому рахунку фіксуються в аксіоматиці, то все виглядає зовсім інакше. Бартон задумливо мовчав. Він не заперечував мені, але у мене все ж було таке враження, що мій образ думки залишився йому кілька чужий. На щастя, наш недільний відпочинок був заповнений не тільки такими складними розмовами. Першу ніч ми провели в маленькій хатині на березі безлюдного озера серед, здавалося, безкрайнього простору озер і лісів. На ранок ми довірилися водійству одного ін- Дейц, з яким вийшли під вітрилом рибалити в озеро, щоб освіжити свій провіант озерної здобиччю. Дійсно, в тому місці, куди нас вивів індіанець, ми зуміли за одну годину зловити вісім незвично великих щук, що склало розкішну вечерю не тільки для нас, а й для сім'ї нашого індіанця. Після такого успіху ми побажали на наступний ранок продовжити рибну ловлю, на цей раз обійшовшись вже без керівництва індіанця. Погода і вітер були приблизно такими, як напередодні, і ми припливли на те ж місце. Але незважаючи на всі наші зусилля, за цілий день жодна риба не захотіла навіть клюнути. У цьому зв'язку Бартон згадав про нашу вчорашній розмові і зауважив: «Напевно, в світі атомів справа йде так само, як з ловом риби на цьому пустельному озері. Якщо ти не сжівешься з цим світом - свідомо чи несвідомо - так само добре, як наші індіанці з вітром, погодою і звичками риби, то мало надії в ньому щось зрозуміти ». До кінця мого перебування в Америці я домовився з Полем Дираком про спільне повернення додому, куди ми планували дістатися дуже кружним шляхом. Ми збиралися зустрітися Йеллоустон-ському парку, побродити там трохи, потім разом проплисти через Тихий океан до Японії і потім через Азію повернутися до Європи. Місцем зустрічі було обрано готель перед відомим гейзером «Олд Фейсфул». Прибувши в Єллоустонський парк за день до домовленої зустрічі, я зробив поодинці сходження на ближню гору. Лише вже в дорозі я дізнався, що гори там, на противагу Альпам, представляють собою зовсім пустельні, майже не відвідувані людьми природні утворення. Не було ні доріг, ні пішохідних стежок, ні покажчиків або розмітки, і у випадку ускладнень не доводилося розраховувати на чиюсь допомогу. При сходженні через складні обходів я втратив багато часу, а при спуску так втомився, що в першому ж зручному місці влігся на траву і негайно заснув. Я прокинувся від того, що мене в обличчя лизнув ведмідь. Я порядком злякався і в наступаючих вже сутінках лише з великим трудом знайшов дорогу назад в готель. У листі до Полю, домовляючись про зустріч, я згадав, що ми, мабуть, зможемо відвідати деякі з найближчих гейзерів, причому, зрозуміло, було бажано бачити гейзери в момент їх діяльності. Характерним для своєї ретельної і систематичної манери чином Поль вже мав до моменту нашої зустрічі точний план обходу всіх доступних гейзерів, на якому не тільки були позначені періоди діяльності цих природних фонтанів, а й наш маршрут був хитромудро розрахований так, що ми встигали пішки дійти від одного гейзера до іншого точно до початку діяльності останнього і могли за послеполуденное час помилуватися максимальним числом цих створінь природи. Зручним часом для бесід про нашій науці стало довгий океанське подорож від Сан-Франциско через Гаваї до Іокагами. Правда, я охоче брав участь у таких звичайних на борту японського пароплава іграх, як настільний теніс або шафлборд, але залишалося ще чимало годин, коли ми, лежачи в кріслах, стежили за дельфінами, жвава навколо корабля, або милувалися зграями літаючих риб, сполоханих нашим судном. Зазвичай Поль займав крісло поруч зі мною, і ми користувалися можливістю детально обговорити свої враження від Америки і свої плани на майбутнє в атомній фізиці. Готовність американських фізиків прийняти відсутність наочності в новій атомній фізиці дивувала Поля набагато менше, ніж мене. Він теж вопрінімать розвиток нашої науки як більш-менш плавний процес, в якому набагато важливіше питання не стільки про понятійної структурі, вкорінюються на тій чи іншій стадії розвитку, скільки про метод, який забезпечував би максимально впевнений і швидкий прогрес науки. Бо з прагматичної точки зору розвиток науки є безперервний процес пристосування нашого мислення до постійно расширяющемуся полю досвіду, і тут немислимо ніяке завершення. Принципово важливим потрібно тому вважати не той чи інший тимчасовий результат, а сам метод пристосування до експериментальних даних. Що такий процес веде в кінцевому рахунку до встановлення або, як я вважав за краще б говорити, до виявлення простих законів природи, в цьому Поль був твердо переконаний. Але методололгіческі вихідним пунктом для нього була конкретна проблема, а не глобальна закономірність. Коли він описував мені свій метод, у мене часто з'являлося відчуття, що для нього фізичне дослідження виглядає так само, як для інших альпіністів складне скелелазіння. Єдиною реальною завданням для них є подолання чергових трьох метрів. Якщо це буде крок за кроком вдаватиметься, ми врешті-решт досягнемо вершини. Але заздалегідь уявляти собі весь шлях сходження з усіма його труднощами - значить тільки засмучувати себе. Крім того, реальні проблеми починаєш розуміти, тільки дійшовши до важких ділянок шляху. Мені така аналогія здавалася нікуди не придатною. Якщо залишатися в рамках того ж образного порівняння, то особисто я міг би рушити в дорогу, тільки прийнявши спершу рішення для всього маршруту в цілому. Мені завжди здавалося, що окремі труднощі і перешкоди можна подолати тоді і тільки тоді, коли знайдений вірний загальний маршрут. Непридатність порівняння науки з альпінізмом складалася для мене в тому, що відносно скелі ніколи не може бути впевненості в реальній можливості піднятися на неї. Але відносно природи я твердо вірив у те, що її зв'язки в кінцевому рахунку прості; природа, було моє переконання, влаштована так, що її можна зрозуміти. Або, мабуть, правильніше було б сказати в зворотному порядку: наша розумова здатність так влаштована, що він може зрозуміти природу. Підставою для такої впевненості могло служити те, про що говорив Роберт в нашій бесіді біля озера Штарнбергер-Зеє. Ті ж самі упорядочивающие сили, які створили природу у всіх її формах, відповідальні і за будову нашої душі, а значить, і наших розумових здібностей. 225 8 В Гейзенберг Ми з Полем багато говорили про ці питання методу і про види на майбутній розвиток науки. Трохи перебільшуючи наші позиції, кото- рие тут не збігалися, можна було б приписати Полю правило: «Ніколи не вирішуй більше однієї єдиної проблеми зараз», тоді як я стверджував щось прямо протилежне: «Ніколи не можна вирішувати тільки одну проблему, завжди доводиться мати справу відразу з декількома». Поль своєї формулюванням хотів перш за все дати зрозуміти, що він вважає намір братися за вирішення відразу декількох проблем самовпевненістю. Він дуже добре знав, з якою завзятістю доводиться боротися за кожен крок вперед в настільки далеко віддаленої від повсякденного досвіду області, як атомна фізика. Я, зі свого боку, хотів лише нагадати про те, що справжнє рішення проблеми досягається тільки якщо ми завдяки їй натрапляємо на прості універсальні зв'язку. Тоді самі собою абсолютно несподіваним чином відпадають і багато інших труднощів. Так що обидві наші формулювання укладали в собі велику частку істини, і ми могли втішати себе з приводу їх уявного протиріччя, згадуючи один вислів Нільса Бора, яке не раз від нього чули. Нільс любив говорити: «Протилежність вірного твердження - помилкове твердження. Але протилежністю глибокої істини може виявитися інша глибока істина ».
|
||
| <Попереднє | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "VIII. АТОМНА ФІЗИКА І прагматичний ОБРАЗ ДУМКИ (1929)" |
||
|
||