Шрифт:
Для объяснения неожиданного поведения частиц в субатомном мире разрабатывались новые формулы, названные волновыми уравнениями. Новые волновые уравнения уже использовались ранее для описания всевозможных волн, например волн на воде океанов или озер. Однако, отчасти из-за мнимых чисел, никто точно не знает, что представляют собой волны в волновом уравнении для атомных событий.
До сих пор не существует согласия по поводу того, как из волновых уравнений возникает макроскопический мир наблюдения. Мюррей Гиллман так выражал недовольство физиков современным статусом квантовой механики.
Квантовая механика – это та загадочная, сбивающая с толку дисциплина, которую по-настоящему не понимает никто из нас, но которую мы умеем использовать. Насколько мы знаем, она превосходно описывает физическую реальность, но это, как сказал бы социолог, – «контринтуитивная дисциплина». Квантовая механика – это не теория, а скорее концептуальная схема, которой, как мы полагаем, должна соответствовать любая правильная теория. (1981)
Лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман (Feynman, 1965. С. 127-128) добавляет: «Можно с уверенностью сказать, что квантовую механику не понимает никто». Я помню замечательные уроки Ричарда Фейнмана, начинавшего свои лекции по физике словами: «Мы не сумеем понять, что происходит с материей». Он имел в виду, что математическую формулу, описывающую основную структуру материи (волновые уравнения), невозможно непосредственно измерить, равно как нельзя точно измерить частицы, которые описывают эти волны.
Продолжающийся спор о теории квантовой физики напоминает мне историю, которую я слышал, будучи студентом в МИТ в начале 1960-х гг. В ней изображено современное состояние дел в квантовых исследованиях. Широко известный в 1930-х гг. математик Герман Вейль пригласил на вечеринку Альберта Эйнштейна и Нильса Бора. Эти два физика расходились во мнениях относительно интерпретации квантовой механики. Вейль устроил вечеринку в надежде объединить эти две школы физики. Но Эйнштейн и его ученики оставались на одной стороне комнаты, а Бор и его ученики – на другой. У них были две отдельных вечеринки в одной комнате.
Сегодня дела обстоят не намного лучше. Некоторые физики соглашаются с Эйнштейном в том, что квантовая механика неверна, что она слишком неопределенна или даже неправильна, так как ее законы не согласуются с наблюдаемым миром. Другие физики говорят, что неопределенность и противоречивость лежат в основе природы.
Этот конфликт хорошо известен и в психологии. Одни психологи утверждают, что в людях нет ничего загадочного, в то время как другие говорят, что люди непостижимы и никогда не смогут быть поняты.
Эти споры полезны, так как напоминают нам о том, что наши теории и интерпретации математики неполны. Можно с уверенностью сказать, что теории – это не истины. Теории – это умственные построения в отношении процессов, которые невозможно полностью постичь с помощью формулировок ОР. По мере того как в исследованиях открываются новые факты, теории преобразуются.
Частицы и волны
В 1690 г., когда Ньютон писал свои «Принципы», в которых выражались его идеи относительно физики и математики, европейское Возрождение было в самом разгаре. Ньютон представлял себе частицы как неделимые порции материи с конкретным известным местоположением во времени.
Еще до появления квантовой теории некоторые физики подвергали сомнению теории Ньютона. Например, Дэвид Бом рассказывает о двух математических физиках – Уильяме Г амильтоне и Джейкобе Якоби, – которые за сорок лет до квантовой теории говорили, что вместо того, чтобы использовать закон движения Ньютона f = m х а, мы с тем же успехом могли бы думать о частицах как о волнах! Они показывали, что повседневные события, описываемые частицами Ньютона, можно было бы столь же легко описывать как волны.
Иными словами, мы не обязаны думать о частице, двигающейся по конкретной траектории. Другие математические формулы тоже описывали движение частиц, и новые формулы обладали волноподобными свойствами. По словам Гамильтона и Якоби, то, что кажется частицей, движущейся по своей собственной траектории, можно было бы с тем же успехом считать точкой на гребне волны. Например, вместо щепки, движущейся по инерции, мы могли бы представлять себе эту щепку движущейся вперед вместе с движением вперед волны, которая ее несет.
Эти два физика предлагали корпускулярно-волновое описание материи, но на это никто не обратил внимания. Никто не знал, что могли представлять собой волны. Ученым того времени казалось абсурдным, что частица может быть аспектом волны. Как может быть волновое описание частицы? Эксперименты квантовой физики, которые показывали, что частицы иногда ведут себя как волны, еще не были проведены. Сами Гамильтон и Якоби считали корпускулярно-волновой дуализм, проявлявшийся в их математических уравнениях, просто причудой математики, аномалией. Такого просто не могло быть.