Основные работы в области методологии науки
Построение научных моделейПостроение научных моделей
ФизикаОткрытия в области физики и применение физических эффектов и моделей в других областях деятельности
X
«Квантовая теория. Наши органы чувств и основанные на их непосредственных показаниях рассуждения говорят нам, что источники света могут испускать, а различные тела поглощать свет сколь угодно малыми порциями. Нельзя себе представить, чтобы существовал какой-нибудь естественный предел для уменьшения дозы испускания или поглощения. Таково наглядное представление о свете, сложившееся в ходе человеческой практики на протяжении нескольких тысячелетий.
Однако в 1900 г. для объяснения явлений теплового излучения Планк выдвинул идею о том, что наглядное представление нас обманывает и что в действительности свет испускается отдельными порциями- квантами.
Этим в физику впервые был внесён элемент какой-то «ненаглядности». При этом мы сейчас пока не ставим вопроса о том, какова истинная природа этой «ненаглядности», а рассматриваем её просто как эмпирический факт.
«Таким образом, из семени планковской формулы уже выросло маленькое растение, правда, очень странное и необычное, никак не укладывавшееся в рамки физики того времени. Признание прерывности в распределении энергии механических систем - осцилляторов - означало введение совершенно инородного тела в здание классической физики». (В. Гейзенберг, Философские проблемы атомной физики, М., «Издательство иностранной литературы», 1953, стр. 106-107).
Но хотя процесс испускания света перестал быть наглядным, тем не менее природа света и, в частности, процесс его распространения были достаточно наглядны.
Со времён Френеля (начало XIX века) свет рассматривался как поперечные волны, распространяющиеся с определённой скоростью в мировом эфире. Это наглядное представление о природе света было разрушено в 1905 г. Эйнштейном. Для объяснения фотоэлектрических и фотохимических явлений Эйнштейн допустил, что свет не только испускается, но и поглощается отдельными порциями - квантами. Впрочем, степень «ненаглядности», внесенной Эйнштейном в учение о свете, была бы не столь значительна, если бы Эйнштейн отверг представление о свете как о волновом процессе. Но вся соль заключается в том, что это представление было сохранено и уживалось рядом с представлением о квантах. Таким образом, свет стал теперь своего рода физическим сфинксом, загадочно сочетавшим в себе волновые и корпускулярные свойства.
Итак, с 1905 года вся обширная область оптических явлений в значительной мере утратила свою наглядность; наглядным представлениям классической физики была оставлена сфера вещества. С созданием квантовой теории света «противоречие между квантовой теорией и классической физикой было возведено в принцип» (Гейзенберг). Но в 1913 г. Бор поколебал наглядные представления и в мире атомов. Повседневные наблюдения над взаимодействием макроскопических частиц вещества говорят о том, что эти частицы способны приобретать и отдавать энергию в сколь угодно малых количествах. Для объяснения линейчатых спектров химических элементов Бор допустил, что' квантована энергия не только света, но и атомов. Это означало гигантский шаг в сторону от наглядных представлений классической физики, да и не только классической физики.
«Атом Демокрита», который на протяжении 2000 лет был, пожалуй, самым наглядным представлением среди всех других философских и естественнонаучных представлений, стал, в известном смысле, менее нагляден, чем «скрытые качества» средневековых алхимиков. «Будучи студентами, мы в известной мере бессознательно ощущали, что и здесь, в работах Планка, Эйнштейна и Бора, разыгрывается кусочек мировой истории - правда, без заголовков в газетах и радиосообщений, но все-таки такой эпизод мировой истории, который должен был оставить свои следы на столетия». (В. Гейзенберг, Философские проблемы атомной физики, М., «Издательство иностранной литературы», 1953, стр. 112).
После создания боровской модели атома вся физика утратила свою наглядность.
Однако на этом «странный» процесс изгнания наглядных представлений из физики не закончился. В 1924 г. де Бройль высказал идею о том, что подобно тому, как свету присущи одновременно волновые и корпускулярные свойства, точно так же они должны быть присущи и частицам вещества. Органы чувств и основанные на их непосредственных показаниях рассуждения говорят нам, что главные отличия частицы от волны суть следующие: частица занимает определённое место в пространстве, волна постепенно охватывает все пространство; частица движется в определённом направлении, волна распространяется во всех направлениях; частицы не подчиняются принципу наложения (суперпозиции), волны подчиняются этому принципу.
Трудно придумать свойства, которые бы так противоречили друг другу. Тем не менее, де Бройль допустил, что каждой частице соответствует какой-то волновой процесс, и эксперименты подтвердили эту идею, несмотря на всю её «ненаглядность». Де Бройль назвал волны, соответствующие частицам, «волнами материи». Оставалась, однако, надежда, что раскрытие природы этих волн позволит дать наглядное представление идее де Бройля. Но в 1926 г. М. Борн показал, что «волны материи» существенно отличаются от механических и электромагнитных волн и являются по своей физической природе «волнами вероятности».
Если в случае механических волн мы имеем дело с колебаниями координаты частицы или плотности вещества, а в случае электромагнитных волн- с колебаниями напряжённости электромагнитного поля, то в данном случае мы встречаемся с «колебаниями» вероятности обнаружения микрообъекта в единице объема пространства. […]
Процесс отказа от наглядных представлений в квантовой теории завершился в 1927 г., когда Гейзенберг сформулировал принцип неопределённости […]
Органы чувств и основанные на их непосредственных показаниях рассуждения на протяжении тысячелетий говорили человечеству, что любая частица вещества обладает в каждый данный момент времени определённой координатой и скоростью, следствием чего является существование у неё определённой траектории.
Понятие частицы благодаря повседневному опыту органически срослось в нашем представлении с понятием траектории. Мы не можем себе представить частицы, движущейся не по траектории (без траектории). Но принцип неопределенности, по-видимому, приводит к заключению, что по крайней мере у достаточно малых частиц вещества траектории не существует.
Ясно, что механика физических тел, движение которых описывается «волнами вероятности» и принципом неопределённости, приобретает, в отличие от механики «земных» тел, существенно «ненаглядные» черты.
Итак, история квантовой теории (до 1928 г.) вкратце такова: Планк разрушает наглядное представление о процессе испускания света; Эйнштейн, так сказать, усиливает «ненаглядность» оптических явлений установлением дуалистической природы света; Бор кладёт начало разрушению наглядных представлений в учении о веществе; де Бройль опять-таки увеличивает «ненаглядность» этого учения открытием дуалистической природы частиц вещества; затем Борн и Гейзенберг ведут атаку на наглядное представление в обоих аспектах дебройлевской концепции о структуре материи - Борн разрушает наглядные представления в волновом аспекте, а Гейзенберг - в корпускулярном».
Бранский В.П., Философское значение «проблемы наглядности» в современной физике, М., «Либроком», 2010 г., с. 4-7.
