Вернер Гейзенберг

Вернер Гейзенберг

Интерес кизменениюточки зрения на науку и обществопроснулось во мне, когда, будучи девятнадцатилетним студентом, я прочел книгу Гейзенберга "Физика и философия" — классическое повествование об истории и философских проблемахквантовойфизики. Этакнигаоказала — ипродолжает оказывать — на меня огромное влияние. Этоакадемическая работа, местами затрагивающая и технические подробности, новместес тем полная личных и даже весьма эмоциональных высказываний. Гейзенберг — один из основателей квантовой физики, и, наряду сАльбертом Эйнштейном и Нильсом Бором, один из гигантов современно науки — описывает в этой книге удивительную дилемму, с которой столкнулись физики в первые десятилетия нашего века, исследуя структуру атомаи природу субатомных явлений. Исследование привело их в соприкосновениесо странной и неожиданной реальностью, поколебавшей основания ихмировоззрения и заставившей их мыслить совершеннопо-новому. Материальныймир, которыйони наблюдали, не представлялся более машиной, состоящий из множества отдельных объектов, онбылнеделимымцелым: сетьюотношений, которыенеобходимымобразом включали наблюдателя.

Стремясь постичь природу атомных явлений, ученые не могли необнаружить, что их основные понятия, язык, весь способ мышления не годятсядля описания новой реальности.

В "Физикеифилософии" Гейзенбергне только дает блестящийанализ концептуальных проблем, но так же описывает и те огромные личные трудности, с которыми сталкивались физики, когда ход самого исследования заставлял их расширить сознание. Эксперименты на атомном уровнетребовалиновыхкатегорийдля постижения природы реальности, ибольшим достижением Гейзенберга было то, что он ясно понял это. Историяего борьбы и победы — это также история встречи и сотрудничествадвух выдающихся личностей — Вернера Гейзенберга и Нильса Бора.

Гейзенберг начал заниматься атомной физикой в возрасте двадцати лет, придя на курс лекций, которые читал Бор в Геттингене. Темойлекций была созданная Бором новая теория атома, которая воспринималаськак огромное достижение и которую изучали всеевропейскиефизики. Вобсуждении после одной из этих лекций Гейзенберг не согласился с Боромв отношении определенной технической детали, и Бора настолько поразилаясность аргументов молодого студента, что он пригласил его на прогулку, чтобы продолжить обсуждение. Эта прогулка, длившаяся несколько часов, была первой встречей двух выдающихся мыслителей, дальнейшая совместная работа которых стала одной из основных сил в развитииатомнойфизики.

Нильс Бор был на шестнадцать лет старше Гейзенберга;он обладалпревосходнойинтуицией и глубоким ощущением таинственности мира.

На него оказала сильное влияниерелигиознаяфилософияКьеркегораимистическиесочиненияУильяма Джеймса. Он никогда не удовлетворялсяаксиоматическими системами и постоянно повторял: "Все, что я говорю, нужно понимать не как утверждение, а как вопрос". Гейзенберг же обладал ясным, аналитическим, математического склада умом; философской основойдлянего были греческие мыслители, с которыми он был знаком сраннего детства. Бор и Гейзенберг представляли дополняющие друг другаполюсы человеческого ума, динамичное и часто драматическое взаимодействие которых составляло уникальный процесс в истории современной наукии вело к одному из ее величайших триумфов.

Когда я, будучи студентом, прочел книгу Гейзенберга, меня очаровало его объяснение парадоксов и кажущихся противоречий, с которымисталкивались исследования субатомных явлений в начале 20-х годов. Многие из этих парадоксов были связаны с двойственной природой микромира, материя которого проявляется то как частицы, то как волны. "Электроны, — как говаривали физики в те дни, — оказываются частицами по понедельникам и средам, а по вторникам и четвергам — волнами". И, как нистранно, чембольше физики старались прояснить ситуацию, тем остреестановились парадоксы. Лишь постепенно они обретали некоторую интуициюотносительнотого, когда электрон проявится как частица, а когда — как волна. Они начали, как выразился Гейзенберг,"проникаться духомквантовой теории" раньше, чем она получала точную математическую формулировку. Сам Гейзенберг сыграл значительную роль в этом процессе. Онпоказал, что парадоксы в атомной физике появляются тогда, когда атомные феномены пытаются описывать в классических терминах, и он был достаточно смел, чтобы отбросить классическую систему понятий. В 1925 году он опубликовал статью, в которой отказался отпринятогоописанияэлектроновватомес точки зрения их положения и скорости, которымпользовались Бор и все остальные, и предложил более абстрактную систему координат, в которой физические качества были представлены определенными математическимиструктурами — матрицами. Гейзенберговская" матричнаямеханика" былапервойлогически последовательной формойквантовой теории. Годом позже она была дополнена другим формальным аппаратом, развитым Эрвином Шредингером, известным как "волновая механика". Оба аппарата логически непротиворечивы: математически они эквивалентны — один и тот же феномен может быть описан в двух различных математических языках.

В конце 1926 года физики располагали полным логически непротиворечивым формальным аппаратом, но не всегда знали, как применить егок описанию конкретной экспериментальной ситуации. В течение следующихмесяцев Гейзенберг, Бор, Шредингер и другие постепенно прояснили ситуацию в интенсивных, требовавших больших сил и часто очень эмоциональных дискуссиях. В "Физике и философии" Гейзенберг ярко описывалэтотрешающий период в истории квантовой физики: "Интенсивное обсуждение вКопенгагене вопросов, касающихся интерпретации квантовой теории, наконецпривели к полному прояснению ситуации. Но прийти к этим решениямбыло не легко. Я помню разговоры с Бором, которые длились много часов, до поздней ночи, и кончались почти отчаянием; когда в конце концов яуходил один на прогулку в соседний парк, я вновь и вновь повторял се-бе: можетлибыть природа столь абсурдной, какой она кажется нам вэтих атомных экспериментах?" Гейзенберг видел, что формальный аппарат квантовой теории невозможно интерпретировать в рамках наших интуитивных понятий опространстве и времени или о причине и следствии; вместе с тем он понимал, что все наши понятия связанысэтимиинтуитивнымипредставлениями.

Следовательно, не было иного выхода, кроме как сохранить классическиеинтуитивные представления, но ограничить их применимость. Большим достижением Гейзенберга было то, что он нашел точную математическую формудля выражения этих ограничений классическихпонятий, котораятеперьназываетсяв его честь "принципом неопределенности Гейзенберга".Эторяд математических отношений, которые определяют, в какой мере классическиепонятиямогут применяться к атомным феноменам, таким образомэти отношения кладут предел человеческому воображению в субатомном мире. Принцип неопределенности указывает меру влияния ученого на свойства наблюдаемых объектов в процессе изменения. В атомной физике ученыйуженеможет играть роль отстраненного объективного наблюдателя. Онвовлечен в мир, который он наблюдает, принцип неопределенности Гейзенбергаизмеряет эту вовлеченность. На наиболее фундаментальном уровнепринцип неопределенности — это мера единства и взаимосвязанности Вселенной. В 1920-х годах физики, во главе с Гейзенбергом и Бором пришлик понимаю того, что мир — это не скопление отдельных объектов, а сетьотношений между различными частями единого целого. Классические понятия, опирающиеся на повседневный опыт, не вполне адекватно описываютэтот мир. Вернер Гейзенберг как никто иной исследовал границы человеческого воображения, пределы привычных понятий и степень нашей вовлеченности в мир, что он не только указал на эти различия и их глубокиефилософские следствия, но также сумел дать их точное и ясное математическое описание.

В свои девятнадцать лет я, конечно, далеко не все понял в книгеГейзенберга. Большая часть ее оставалась для меня тайной, но онавызывала во мне восхищение этой замечательной эпохой в науке, котороес тех пор никогда меня не покидало. Более детальное понимание физических парадоксов и их разрешения мне пришлось отложить на некоторое время, пока я не получил основательную подготовку сначала в области классической физики, потомквантовоймеханики, теорииотносительностиквантовой теории поля. Книга Гейзенберга была моим спутником во времямоего учения, и, оглядываясь на это время, я вижу, что именно Гейзенберг зародил семя, которое дало свои всходы десятилетием позже, когдая приступил к систематическому исследованию ограничений картезианскогомировоззрения. "Картезианское разделение, — писал Гейзенберг, — глубоко проникло в человеческий ум за три века, прошедшие после него, инужно время, чтобы оно было вытеснено иным отношением к проблемам реальности".