Размещено на http://www.allbest.ru/

39

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Курганский государственный университет

ХРЕСТОМАТИЯ ПО УЧЕБНОМУ КУРСУ

«КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Курган 2006

Хрестоматия по учебному курсу «Концепции современного естествознания». Часть I. Физика / Сост. Г.В., Богомолова , Л.Ф. Остроухова - Курган: Изд-во Курганского гос.-та, 2006. - 148 с.

Печатается по решению учебно-методического совета Курганского государственного университета

Рецензенты: кафедра философии и истории КСХА им. Т.С. Мальцева (зав.кафедрой канд.филос.наук, доц. Л.Х. Цибаев); канд.филос.наук, доц., зав.кафедрой социально-гуманитарных дисциплин Курганского института государственной и муниципальной службы В.Г. Татаринцев.

В хрестоматии представлены фрагменты, взятые из работ известных западных и отечественных ученых-физиков и философов, осмысление которых поможет студентам при подготовке к семинарским занятиям, зачетам и экзаменам по учебному курсу «Концепции современного естествознания»

Отв.редактор: канд.филос.наук., проф., зав.кафедрой философии И.Н. Степанова.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ДВЕ КУЛЬТУРЫ: ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ

2. ПРОБЛЕМА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОСТИ

3. НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

4. ПРОБЛЕМА ЭЛЕМЕНТАРНОГО ОБЪЕКТА

5. ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ

6. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

7. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

1. ДВЕ КУЛЬТУРЫ: ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ

Ч.П. Сноу. Две культуры

Примерно три года назад я коснулся в печати одной проблемы, которая уже давно вызывала у меня чувство беспокойства. Я столкнулся с этой проблемой из-за некоторых особенностей своей биографии… Все дело в необычности моего жизненного опыта. По образованию я ученый, по призванию - писатель. Вот и все. Но я не собираюсь рассказывать сейчас историю своей жизни. Мне важно сообщить только одно: мне выпало редкое счастье наблюдать вблизи один из наиболее удивительных творческих взлетов, которые знала история физики…

Так случилось, что в течение тридцати лет я поддерживал контакт с учеными не только из любопытства, но и потому, что это входило в мои повседневные обязанности. И в течение этих же тридцати лет я пытался представить себе общие контуры еще не написанных книг, которые со временем сделали меня писателем.

Очень часто - не фигурально, а буквально - я проводил дневные часы с учеными, а вечера со своими литературными друзьями. Само собой разумеется, что у меня были близкие друзья как среди ученых, так и среди писателей. Благодаря тому, что я тесно соприкасался с теми и другими, и, наверное, еще в большей степени благодаря тому, что все время переходил от одних к другим, меня начала занимать та проблема, которую я назвал для самого себя «две культуры» еще до того, как попытался изложить ее на бумаге. Это название возникло из ощущения, что я постоянно соприкасаюсь с двумя разными группами, вполне сравнимыми по интеллекту, принадлежащими к одной и той же расе, не слишком различающимися по социальному происхождению, располагающими примерно одинаковыми средствами к существованию и в то же время почти потерявшими возможность общаться друг с другом, живущими настолько разными интересами, в такой непохожей психологической и моральной атмосфере, что, кажется, легче пересечь океан…

Мне кажется, что духовный мир западной интеллигенции все явственнее поляризуется, все явственнее раскалывается на две противоположные части. Говоря о духовном мире, я в заключительной мере включаю в него и нашу практическую деятельность, так как отношусь к тем, кто убежден, что, по существу, эти стороны жизни нераздельны. А сейчас о двух противоположных частях. На одном полюсе - художественная интеллигенция, которая случайно, пользуясь тем, что никто этого вовремя не заметил, стала называть себя просто интеллигенций, как будто никакой другой интеллигенции вообще не существует. Вспоминаю, как однажды в 30-е годы Харди с удивлением сказал мне: «Вы заметили, как теперь стали употреблять слова «интеллигентные люди»? Их значение так изменилось, что Резерфорд, Эддингтон, Дирак, Адриан и я - все мы уже, кажется, не подходим под это новое определение! Мне это представляется довольно странным, а вам?»

Итак, на одном полюсе - художественная интеллигенция, на другом - ученые, и как наиболее яркие представители этой группы - физики. Их разделяет стена непонимания, а иногда - особенно среди молодежи - даже антипатии и вражды. Но главное, конечно, непонимание. У обеих групп странное, извращенное представление друг о друге. Они настолько по-разному относятся к одним и тем же вещам, что не могут найти общего языка даже в плане эмоций…

На одном полюсе - культура, созданная наукой. Она действительно существует как определенная культура не только в интеллектуальном, но и в антропологическом смысле. Это значит, что те, кто к ней причастен, не нуждаются в том, чтобы полностью понимать друг друга, что и случается довольно часто. Биологи, например, сплошь и рядом не имеют ни малейшего представления о современной физике. Но биологов и физиков объединяет общее отношение к миру; у них одинаковый стиль и одинаковые нормы поведения, аналогичные подходы к проблемам и родственные исходные позиции. Эта общность удивительно широка и глубока. Она прокладывает себе путь наперекор всем другим внутренним связям: религиозным, политическим, классовым.

Я думаю, что при статистической проверке среди ученых окажется несколько больше неверующих, чем среди остальных групп интеллигенции, а в младшем поколении их, по-видимому, становится еще больше, хотя и верующих ученых тоже не так мало. Та же статистика показывает, что большинство научных работников придерживаются в политике левых взглядов, и число их среди молодежи, очевидно, возрастает, хотя опять-таки есть немало и ученых-консерваторов. Среди ученых Англии и, наверное, США людей из бедных семей значительно больше, чем среди других групп интеллигенции. Однако ни одно из этих обстоятельств не оказывает особенно серьезного влияния на общий строй мышления ученых и на их поведение. По характеру работы и по общему складу духовной жизни они гораздо ближе друг к другу, чем к другим интеллигентам, придерживающимся тех же религиозных и политических взглядов или вышедшим из той же среды. Если бы я рискнул перейти на стенографический стиль, я сказал бы, что всех их объединяет будущее, которое они несут в своей крови. Даже не думая о будущем, они одинаково чувствуют перед ним свою ответственность. Это и есть то, что называется общей культурой.

На другом полюсе отношение к жизни гораздо более разнообразно. Совершенно очевидно, что, если кто-нибудь захочет совершить путешествие в мир интеллигенции, проделав путь от физиков к писателям, он встретит множество различных мнений и чувств. Но я думаю, что полюс абсолютного непонимания науки не может влиять на всю сферу своего притяжения. Абсолютное непонимание, распространенное гораздо шире, чем мы думаем, - в силу привычки мы просто этого не замечаем, - придает привкус ненаучности всей «традиционной» культуре, и часто - чаще, чем мы предполагаем, - эта ненаучность едва удерживается на грани антинаучности…

Поляризация культуры - очевидная потеря для всех нас. Для нас, как народа, для нашего современного общества. Это практическая, моральная и творческая потеря, и я повторяю: напрасно было бы полагать, что эти три момента можно полностью отделить один от другого. Тем не менее, сейчас я хочу остановиться на моральных потерях.

Ученые и художественная интеллигенция до такой степени перестали понимать друг друга, что это стало навязшим в зубах анекдотом. В Англии около 50 тысяч научных работников в области точных и естественных наук и примерно 80 тысяч специалистов (главным образом инженеров), занятых приложениями науки. Во время Второй мировой войны и в послевоенные годы моим коллегам и мне удалось опросить 30-40 тысяч тех и других, то есть примерно 25%. Это число достаточно велико, чтобы можно было установить какую-то закономерность, хотя большинству тех, с кем мы беседовали, было меньше сорока лет. Мы составили некоторое представление о том, что они читают и о чем думают. Признаюсь, что при всей своей любви и уважении к этим людям я был несколько подавлен. Мы совершенно не подозревали, что их связи с традиционной культурой настолько ослабели, что свелись к вежливым кивкам…

Живут же они своей полнокровной, вполне определенной и постоянно развивающейся культурой. Ее отличает множество теоретических положений, обычно гораздо более четких и почти всегда значительно лучше обоснованных, чем теоретические положения писателей. И даже тогда, когда ученые, не задумываясь, употребляют слова не так, как писатели, они всегда вкладывают в них один и тот же смысл; если, например, они употребляют слова «субъектный», «объектный», «философия», «прогрессивный», то великолепно знают, что именно имеют в виду, хотя часто подразумевают при этом совсем не то, что все остальные.

Не будем забывать, что мы говорим о высокоинтеллигентных людях. Во многих отношениях их строгая культура заслуживает всяческого восхищения. Искусство занимает в этой культуре весьма скромное место, правда за одним, но весьма важным исключением - музыки. Обмен мнениями, напряженные дискуссии, долгоиграющие пластинки, цветная фотография: кое-что для ушей, немного для глаз. Очень мало книг…

И почти ничего из тех книг, которые составляют повседневную пищу писателей: почти никаких психологических и исторических романов, стихов, пьес. Не потому, что их не интересуют психологические, моральные и социальные проблемы. С социальными проблемами ученые, безусловно, соприкасаются чаще многих писателей и художников. В моральном отношении они, в общем, составляют наиболее здоровую группу интеллигенции, потому что в самой науке заложена идея справедливости, и почти все ученые самостоятельно вырабатывают свои взгляды по различным вопросам морали и нравственности. Психологией ученые интересуются в такой же мере, как и большинство интеллигентов, хотя иногда мне кажется, что интерес к этой области появляется у них сравнительно поздно. Таким образом, дело, очевидно, не в отсутствии интереса. В значительной мере проблема заключается в том, что литература, связанная с нашей традиционной культурой, представляется ученым «не относящейся к делу». Разумеется, они жестоко ошибаются. Из-за этого страдает их образное мышление. Они обкрадывают самих себя.

А другая сторона? Она тоже многое теряет. И может быть, ее потери даже серьезнее, потому что ее представители более тщеславны. Они все еще претендуют на то, что традиционная культура - это и есть вся культура, как будто существующее положение вещей на самом деле не существует. Как будто попытка разобраться в сложившейся ситуации не представляет для нее никакого интереса ни сама по себе, ни с точки зрения последствий, к которым эта ситуация может привести. Как будто современная научная модель физического мира по своей интеллектуальной глубине, сложности и гармоничности не является наиболее прекрасным и удивительным творением, созданным коллективными усилиями человеческого разума! А ведь большая часть художественной интеллигенции не имеет об этом творении ни малейшего представления. И не может иметь, даже если бы захотела. Создается впечатление, что в результате огромного числа последовательно проводимых экспериментов отсеялась целая группа людей, не воспринимающих какие-то определенные звуки. Разница только в том, что это частичная глухота - не врожденный дефект, а результат обучения или, вернее, отсутствия обучения. Что же касается самих полуглухих, то они просто не понимают, чего были лишены. Узнав о каком-нибудь открытии, сделанном людьми, никогда не читавшими великих произведений английской литературы, они сочувственно посмеиваются. Для них эти люди просто невежественные специалисты, которых они сбрасывают со счета. Между тем их собственное невежество и узость их специализации ничуть не менее страшны. Множество раз мне приходилось бывать в обществе людей, которые по нормам традиционной культуры считаются высокообразованными. Обычно они с большим пылом возмущаются литературной безграмотностью ученых. Как-то раз я не выдержал и спросил, кто из них может объяснить, что такое второй закон термодинамики. Ответом было молчание или отказ. А ведь задать этот вопрос ученому значит примерно то же самое, что спросить у писателя: «Читали ли вы Шекспира?»

Сейчас я убежден, что если бы я поинтересовался более простыми вещами, например тем, что такое масса или что такое ускорение, то есть опустился бы до той ступени научной трудности, на которой в мире художественной интеллигенции спрашивают: «Умеете ли вы читать?», то не более чем один из десяти высококультурных людей понял бы, что мы говорим с ним на одном и том же языке. Получается так, что величественное здание современной физики устремляется ввысь, а для большей части проницательных людей западного мира оно так же непостижимо, как и для их предков эпохи неолита…

В. Гейзенберг

О соотношении гуманитарного образования, естествознания и западной культуры

Какие же доводы постоянно приводят представители гуманитарной мысли в пользу занятия древними языками и древней историей? Прежде всего, они справедливо указывают на то, что вся наша культурная жизнь, наши поступки, мысли и чувства коренятся в духовной субстанции Запада, то есть связаны с тем типом духовности, который зародился в античности, у начала которой стоят греческое искусство, греческая поэзия и греческая философия. Позже, в эпоху христианства, вместе с формированием церкви этот тип духовности претерпел глубокое изменение, чтобы наконец на исходе Средневековья, великолепно объединив христианское благочестие с духовной свободой античности, мысленно охватить весь мир как единый мир Божий и далее, в процессе географических открытий, развития естественных наук и техники, радикально изменить его облик. Иными словами, во всех сферах современной жизни, если только систематически, исторически или философски - мы входим в суть дела, мы наталкиваемся на духовные структуры, восходящие к античности или христианству. Вот почему в защиту гуманитарных гимназий можно сказать, что такие структуры полезно знать, даже если в практической жизни не так уж часто возникает в них нужда.

Во-вторых, подчеркивается, что вся сила нашей западноевропейской культуры проистекает и всегда проистекала из тесной связи практической деятельности с постановкой принципиальных проблем. Другие народы и культуры были столь же искушенными в практической деятельности, как и греки, но что с самого начала отличало греческое мышление от мышления других народов - это способность обращать всякую проблему в принципиальную и тем самым занимать такую позицию, с точки зрения которой можно было бы упорядочить пестрое многообразие эмпирии и сделать его доступным человеческому разумению. Связь практической деятельности с постановкой принципиальных проблем - основное, что отличало греческую культуру, а когда Запад вступил в эпоху Ренессанса, эта связь оказалась в центре нашей исторической жизни и создала современное естествознание и технику. Кто занимается философией греков, на каждом шагу наталкивается на эту способность ставить принципиальные вопросы, и, следовательно, читая греков, он упражняется в умении владеть одним из наиболее мощных интеллектуальных орудий, выработанных западноевропейской мыслью. Вот почему можно сказать, что мы и в гуманитарной гимназии учимся чему-то весьма полезному.

Наконец, в-третьих, справедливо говорится, что занятие античностью формирует в человеке такую шкалу ценностей, в которой духовные ценности ставятся выше материальных. Ведь любой след, оставленный греками, непосредственно свидетельствует о примате духовного. Правда, как раз в этом пункте современный человек может возразить, что-де наше время показало, будто все зависит именно от материального могущества, от запасов сырья и уровня индустрии, и материальное могущество сильнее любого духовного. Поэтому стремление научить детей ставить духовные ценности выше материальных, по сути дела, не отвечает духу нашего времени.

Великий, наполняющий нашу эпоху поток науки и техники исходит, стало быть, из двух источников, лежащих в сфере античной философии. И хотя за это время он впитал в себя также и другие влияния, умножившие его плодотворные воды, истоки его все еще достаточно хорошо различимы. Вот почему и естественные науки могут извлечь пользу из гуманитарного образования. Разумеется, те, кто считает более важным практическую подготовку юношества к жизненной борьбе, всегда могут возразить, что знание этих духовных истоков все-таки не имеет большого значения для практической жизни. Чтобы успешно существовать, говорят они, надо овладевать навыками, практически необходимыми в современной жизни: новыми языками, технологическими методами, сноровкой в делах и расчетах, - а гуманитарное образование - только украшение, только роскошь, которой могут пользоваться лишь те немногие, кому судьба более, чем другим, облегчила борьбу за жизнь.

Возможно, для многих людей, которые всю жизнь занимаются практической деятельностью и не стремятся содействовать духовному формированию нашей эпохи, эти доводы являются вполне убедительными. Но тот, кто этим не довольствуется, кто хочет дойти до самой сути в том деле, которым он занимается, будь это техника или медицина, - тот рано или поздно придет к этим античным истокам и многое приобретет для своей собственной работы, если научится у греков радикальности мышления, постановке принципиальных проблем. Мне кажется, что, например, труды Макса Планка позволяют достаточно ясно увидеть, какое плодотворное влияние оказала на его мышление гуманитарная школа. Здесь можно, пожалуй, сослаться и на мой собственный опыт.

…Мы хотим, чтобы вопреки всей внешней смуте наша молодежь вырастала в духовной атмосфере Запада, чтобы она достигла тех животворных истоков, которыми живет наш европейский мир вот уже более двух тысяч лет. Как именно это произойдет - не столь важно. Выступаем ли мы за гуманитарную гимназию или за другой вид школьного образования - суть не в этом. В любом случае и прежде всего мы выступаем за западноевропейскую культуру.

В. Вайскопф. Физика в ХХ столетии

В 1939 г., через два года после того как мы прибыли в Америку, разразилась Вторая мировая война. Вначале Соединенные Штаты оставались в стороне от войны, но на науку и ученых война оказала большое влияние задолго до того, как США открыто вступили в войну в 1941 г. Большинство моих друзей-физиков стали заниматься радиолокаторами. (Проблема создания атомной бомбы возникла позже.) Ю. Швингер был большим специалистом по радиолокаторам, в то время он разработал теорию волноводов. Часть европейцев, приехавших из Германии и Австрии, которые, вроде меня, прибыли в Соединенные Штаты сравнительно недавно, все еще рассматривалась как «враждебные иностранцы», их не допускали к военным работам, но привлекали к обучению студентов. В то время я преподавал теоретическую физику в Рочестере, Итаке и других местах, заменял ученых, которые перешли в военные лаборатории. Это была довольно интересная работа.

Разрешите мне теперь обратиться к открытию деления ядра и к его использованию для создания бомбы и получения энергии. В 1942 г. Э. Ферми удалось осуществить цепную реакцию, и техническое применение процесса деления стало реальной возможностью. Многих физиков попросили присоединиться к работе над этой проблемой независимо от того, являются они «враждебными иностранцами» или не являются. Необходим был мощный интеллект. В начале 1943 г. Р. Оппенгеймер попросил меня присоединиться к группе физиков в Лос-Аламосе для работы над атомной бомбой.

Работа над делением урана неизбежно привела Бора в ту область, где физика и дела человеческие безнадежным образом переплелись. Однако и до этих открытий он был хорошо знаком с проблемами человечества. Он был необычайно чувствителен к делам мира, в котором жил. Он раньше многих других понял, что атомная физика должна сыграть решающую роль в судьбе цивилизации и человечества, что науку нельзя отделить от остального мира. События мировой истории скорее чем можно было ожидать доказали это. В тридцатые годы башня из слоновой кости, в которой укрывалась наука, была разрушена. Это было время нацистского режима в Германии, и в Копенгаген тек поток ученых-беженцев, находивших там помощь и поддержку Бора. Многих он пригласил остаться в то время у него: Франк, Хевеши, Плачек, Фриш, автор настоящего очерка и множество других нашли приют в Копенгагене, где смогли продолжать научную работу. Но не только это. Институт Бора был опорой для всех деятелей науки, нуждавшихся в помощи, и многие ученые были устроены в других местах -- в Англии, в Соединенных Штатах -- благодаря его содействию. Затем наступили годы войны. Дания была оккупирована немцами в апреле 1940 г. Бор не только отказался сотрудничать с нацистскими властями, по и был тесно связан с Датским движением сопротивления. Поэтому скоро ему пришлось покинуть Данию -- он бежал в Швецию, а затем через Англию в Соединенные Штаты.

Здесь начался четвертый период жизни Бора. Он присоединился к большой группе ученых в Лос-Аламосе, работавшей в это время над применением ядерной энергии в военных целях. Его не испугала эта наиболее сомнительная сторона научной деятельности. Он воспринял ее как необходимость. В то же время, именно его вера в гуманные идеалы, прозорливость и надежда на мир заставили столь многих людей в этой кузнице оружия думать о будущем и готовиться к стоящим впереди задачам. Он верил, что, несмотря на смерть и разрушение, будущее мира, преобразованного научными знаниями, прекрасно.

В то время Бор активно пытался разъяснить ведущим государственным деятелям Запада опасности и возможности, связанные с разработкой атомной бомбы. Он хотел, чтобы люди, находящиеся у власти, использовали это новое важное достижение науки для создания более открытого мира, в котором научный прогресс привел бы к объединению усилий Востока и Запада. Он виделся с Рузвельтом, Черчиллем и другими государственными деятелями и быстро понял трудности и разгадал ловушки дипломатии. Бору вполне удалось привлечь к своим идеям многих важных государственных деятелей, включая Рузвельта, однако его встреча с Черчиллем окончилась полным провалом. Черчилль никак не хотел делиться секретными сведениями с Россией и даже обвинил Бора в излишнем дружелюбии к русским.

Политическая концепция Бора не дала каких-либо плодов. Ничего не дали и другие попытки придать международный характер разработкам ядерной технологии, с тем чтобы избежать гонки вооружений между могущественными державами. Вскоре после войны при Организации Объединенных Наций была создана Международная комиссия по атомной энергии под председательством старого друга и сотрудника Бора Крамерса, но сложная, связанная с недальновидной политикой, обстановка конфликта между Востоком и Западом не допустила каких-либо далекоидущих шагов, чтобы преодолеть этот конфликт и обратиться к гораздо более серьезным и глубоким аспектам предотвращения возможной ядерной войны. Бор и все остальные, думавшие так же, как он (а во всем мире таких людей было немало), глубоко разочаровались. Бор завершил свои усилия по налаживанию международного взаимопонимания в отношении ядерного оружия знаменитым письмом в Организацию Объединенных Наций, написанным в 1950 г., в котором он отстаивал необходимость открытого мира.

В последнее десятилетие своей жизни Бор много занимался организацией международной научной деятельности. Он принимал активное участие в основании Скандинавского института атомной физики (NORDITA) и новой Европейской лаборатории, в которой ученые из всех стран Европы должны были участвовать в самых современных фундаментальных исследованиях. Бор помог создать ЦЕРН, в котором находится один из крупнейших в мире ускорителей частиц. Ускорители частиц высоких энергий позволили продвинуться дальше изучения ядерной структуры и исследовать строение составных частей ядра, мир внутри протона и нейтрона. Бор воспринял это как логическое продолжение того, с чего он и его друзья начинали. Он понимал необходимость развития физики в крупном, международном масштабе. Ни в какой другой области узкие рамки национализма не оказываются более ветхими и неуместными, чем в поисках новых знаний о Вселенной.

В. Гейзенберг.

Наука как средство взаимного понимания народов

Часто говорят, что наука является средством связи между народами и служит их взаимопониманию. Вполне справедливо всегда подчеркивается, что наука интернациональна и что она направляет мышление человека на вопросы, которые близки многим народам и в решении которых могут в равной мере принимать участие ученые самых различных наций, рас и религий. Однако, говоря сейчас об этой важной роли науки, нельзя слишком упрощать данный вопрос. Мы должны обсудить и противоположное утверждение, которое еще свежо в нашей памяти, -- утверждение, что наука национальна, что мышление разных рас существенно различно, следовательно, различна и их наука. Далее, считалось, что наука должна была, прежде всего, служить своему собственному народу и способствовать укреплению его политической власти. Во-первых, говорили сторонники этого взгляда, наука образует основу техники, а следовательно, основу всякого прогресса и военной мощи; во-вторых, задача чистой науки состоит в том, чтобы поддерживать то мировоззрение и ту веру, которые рассматривались как основа политической власти своего собственного народа. Какая же из этих точек зрения правильна и насколько убедительны аргументы, приводимые в пользу каждой из них?

1. Чтобы выяснить этот вопрос, нужно, прежде всего, знать, как собственно развивается наука, каким образом у человека возникает интерес к той или иной научной проблеме и как он сталкивается с людьми, которые, как и он, заинтересовались ею. Так как я хорошо знаю только свою специальную науку, то будет простительно, если я буду, прежде всего, говорить об атомной физике и расскажу вам о моих занятиях в этой области в студенческие годы.

Когда я в 1920 г. окончил школу и поступил в Мюнхенский университет, положение молодежи в то время очень напоминало настоящее. Поражение в Первой мировой войне вызвало глубокое разочарование в тех идеалах, во имя которых велась проигранная война. Идеалы эти стали казаться бессодержательными, и мы сочли себя вправе самостоятельно искать ответ на вопрос о том, что в этом мире ценно и что не имеет никакой цены, не спрашивая об этом наших родителей и учителей. При этом наряду со многими другими ценностями мы как бы заново открыли науку. Изучив несколько популярных книг, я заинтересовался вопросом о природе атомов и захотел разобраться в тех необычайных утверждениях о пространстве и времени, которые выдвигались тогда теорией относительности. Я начал посещать лекции Зоммерфельда, впоследствии ставшего моим учителем, который еще больше усилил во мне этот интерес и от которого в течение семестра я узнал о новом, более глубоком понимании атомов, развитом благодаря исследованиям Рентгена и Планка, Резерфорда и Бора. Я узнал, что датчанин Нильс Бор и англичанин Резерфорд представляли себе строение атома в виде миниатюрной планетарной системы и предполагали, что все химические свойства элементов когда-нибудь удастся вывести с помощью теории Бора из планетарных орбит электронов, чего, однако, в то время достигнуть еще не удавалось. Этот последний пункт, естественно, заинтересовал меня больше всего, и каждая новая работа Бора придирчиво и страстно обсуждалась на семинарах в Мюнхене. Можете себе представить, что для меня значило приглашение Зоммерфельда поехать летом 1921 г. вместе с ним в Геттинген слушать цикл лекций Нильса Бора о его атомной теории, которые он собирался прочесть в этом самом университетском здании. Цикл лекций в Геттингене, названный впоследствии «Фестивалем Бора», во многом определил мое отношение к науке и особенно к атомной физике.

Прежде всего, мы могли почувствовать в лекциях Бора всю силу мысли человека, который действительно глубоко овладел этими проблемами и понимал их так, как никто другой во всем мире. По некоторым пунктам я уже и раньше, в Мюнхене, имел определенное мнение, отличное от того, что говорил по этому поводу Бор в своих докладах. Эти вопросы были основательно обсуждены с ним во время совместных прогулок в окрестностях Рона и Гейнберга.

Эти беседы произвели на меня сильное впечатление. Я тогда понял, что если кто-либо пытается выяснит строение атома, то совершенно безразлично, кто он -- немец, датчанин или англичанин. Я усвоил также и нечто, быть может, еще более важное: в науке всегда можно, в конце концов, решить, что правильно и что ложно; она имеет дело не с верой, мировоззрением или гипотезой, но, в конечном счете, с теми или иными определенными утверждениями, из которых одни правильны, другие неправильны, причем вопрос о том, что правильно и что неправильно, решают не вера, не происхождение, не расовая принадлежность, а сама природа или, если хотите, Бог, но во всяком случае не люди.

Обогащенный всем этим, я вернулся в Мюнхен и под руководством Зоммерфельда продолжал заниматься своими экспериментами по исследованию строения атома. Сдав экзамен на ученую степень доктора, я поехал осенью 1924 г. в Копенгаген для того, чтобы на средства так называемого рокфеллеровского фонда работать у Бора. Здесь я вошел в круг молодежи самых различных национальностей -- англичан, американцев, шведов, норвежцев, датчан и японцев. Все они хотели работать над одной и той же проблемой -- атомной теорией Бора. Они почти всегда собирались вместе, подобно большой семье, чтобы отправиться на экскурсию, организовать игры, товарищеские беседы или заняться спортом. В кругу этих физиков-атомников я имел возможность по-настоящему узнать людей других национальностей и их образ мышления. Необходимость изучать иностранные языки и разговаривать на них послужила толчком для знакомства с другим образом жизни, с иностранной литературой и искусством, благодаря чему я стал лучше понимать и отношения внутри своей страны. Для меня становилось все яснее, как мало значат национальные и расовые различия, когда общие усилия сосредоточиваются на трудной научной проблеме. Различие в образе мышления, которое так ясно сказывается в искусстве, казалось мне фактором, скорее обогащающим наши возможности, чем ослабляющим их.

Летом 1925 г. я поехал в Кембридж и там в колледже, в лаборатории русского физика Капицы, сделал сообщение о своей тогдашней работе небольшому кружку теоретиков. Среди присутствующих находился необычайно талантливый, едва достигший 23 лет, студент, который взялся за мою проблему и в течение нескольких месяцев разработал законченную квантовую теорию атомной оболочки. Это был Дирак -- человек с выдающимися математическими способностями. Его образ мышления значительно отличался от моего, его математические методы были изящнее и оригинальнее по сравнению с теми, которыми мы пользовались в Геттингене. Однако, в конечном счете, он пришел в самых существенных пунктах к тем же результатам, к каким пришли здесь, в Геттингене, Бор, Иордан и я; или, иначе говоря, наши результаты взаимно дополняли друг друга самым превосходным образом. Этот факт служит новым доказательством «объективности» науки и ее независимости от языка, расы или веры ученого.

Геттинген, наряду с Копенгагеном и Кембриджем, оставался центром этой интернациональной семьи физиков-атомников, работавших здесь под руководством Франка, Борна, Паули. В то время в Геттингене учились многие из тех ученых, о которых вы теперь читаете в газетах в связи с атомной бомбой, например Оппенгеймер, Блэккет и Ферми.

2. ПРОБЛЕМА ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОСТИ

В. Гейзенберг. Традиция в науке

Новая наука начиналась с астрономии, так что положение и скорость тел оказались естественным образом первыми понятиями для описания природных феноменов. Ньютон, использовавший в «Математических началах натуральной философии» сверх того еще и понятия массы и силы, ввел термин «количество движения», в принципе совпадающий с тем, что мы называем импульсом; а позднее понятийная база механики была дополнена такими понятиями, как кинетическая и потенциальная энергия. На них в течение более чем столетия опиралась вся точная наука, и их успех был настолько впечатляющим, что даже когда изучаемые феномены наводили на мысль о новых понятиях, ученые старались хранить верность традиции и сводить свои концепции к старым понятиям. Движение жидкостей мы представляем себе как движение бесконечно многих мельчайших частиц жидкости, динамика которых с успехом поддается описанию в терминах ньютоновских законов. Когда во второй половине XVIII века пробудился интерес к электричеству и магнетизму, ученые продолжали пользоваться в описании феноменов понятием силы, а под силой в смысле старой механики понимали непосредственное воздействие, зависящее только от положения и скорости рассматриваемых тел. Для осмысления различных состояний и химического поведения материи Гассенди снова возвратился к идее ее атомистического строения, а его преемники использовали Ньтонову механику для описания движения атомов и вытекающих отсюда свойств материи. Луч света понимали либо как малую, стремительно движущуюся частицу, либо как серию волн. Волны со своей стороны не могли двигаться иначе как в материи того или иного рода, и ученые позволяли себе надеяться, что мельчайшие частицы этой материи можно в конечном счете представлять подчиняющимися ньютоновским законам.

Как и в случае с научным методом, никто не сомневался, что подобное сведение к механическим понятиям в конечном счете осуществимо. Но история решила иначе. В XIX веке становилось все яснее, что электромагнитные явления имеют иную природу. Фарадей ввел понятие электромагнитного поля, и после усовершенствования его теории Максвеллом это понятие приобретало еще большую реальность; физики постепенно поняли, что силовое поле в пространстве и времени может быть точно такой же реальностью, как положение или скорость массы, и что нет никакого смысла считать силовое поле характеристикой некой неведомой субстанции, именуемой «эфиром». Традиция здесь скорее сбивала с толку, чем помогала. Только после открытия относительности окончательно распрощались с идеей эфира, а тем самым и с надеждой свести электромагнетизм к механике.

Аналогичный процесс можно констатировать и в теории теплоты; правда, здесь отход от понятий механики заметен лишь в очень тонких вопросах. Вначале все казалось очень просто. Любое материальное образование состоит из множества атомов и молекул; считалось, что статистического обобщения механических движений этого множества частиц достаточно для создания полной картины поведения материи под влиянием тепла или химических изменений. Понятия температуры и энтропии представлялись в точности отвечающими задаче описания этого статистически выявляемого поведения. По-моему, Гиббс первым понял, какая пропасть в физике была открыта этими понятиями. Его идея канонического распределения показывает, что словом «температура» обозначается мера нашего знания о механическом поведении атомов, а не их объективное механическое поведение. Слово это относится к определенному роду наблюдения, потому что им заранее предполагается известный теплообмен между системой и измерительным прибором (термометром), т.е. состояние термодинамического равновесия. Поэтому, зная температуру системы, мы не можем в точности знать ее энергию, причем эта неточность зависит от числа степеней свободы системы. Естественно, традиция со всей очевидностью преграждала дорогу подобному истолкованию, и физики в своем большинстве, насколько мне известно, не принимали его вплоть до окончательного оформления квантовой теории в нашем столетии. Мне все же хотелось бы упомянуть, что Нильс Бор по моем прибытии в 1924 г. в его копенгагенский институт первым делом рекомендовал мне прочитать книгу Гиббса о термодинамике. И он добавил, что Гиббс - единственный физик, по-настоящему понявший статистическую термодинамику.

А в других областях дело выглядело еще хуже. Мы были вынуждены признать, что в теории относительности и в квантовой теории некоторые из наиболее старых традиционных понятий неудовлетворительны и подлежат замене более точными. Пространство и время не так независимы друг от друга, как казалось Ньютону, они связаны между собой преобразованием Лоренца. В квантовой механике состояние системы может быть математически охарактеризовано вектором в многомерном пространстве, и этот вектор заключает в себе высказывания о статистическом поведении данной системы при определенных условиях наблюдения. Объективное описание системы в традиционном смысле тут невозможно. Входить в детали нет необходимости. Для физиков было трудно принять это изменение своих фундаментальных понятий.

М. Борн. Физика в жизни моего поколения

То, что Шредингер отстаивает, можно сформулировать в нескольких предложениях: единственной реальностью в физическом мире являются волны. Нет никаких частиц и никакого кванта энергии h?; они суть иллюзии, основанные на неправильной интерпретации явления резонанса интерферирующих волн. Эти волны связаны с целыми числами способом, хорошо известным из колебаний струнных и других музыкальных инструментов. Способ, каким эти целые числа проявляются, привел физиков к ложному выводу о том, что эти числа представляют собой число частиц. Кроме того, существует специальный резонансный закон, типичный для квантовой механики, согласно которому сумма собственных частот двух взаимодействующих систем остается постоянной. Это было интерпретировано физиками как закон сохранения энергии в применении к квантам и частицам. Но кванты или частицы тут ни при чем. Любая попытка описать физическое явление в терминах частиц, не противореча хорошо известному волновому характеру их распространения в пространстве, приводит к невероятным, неприемлемым концепциям, подобным допущению мгновенных квантовых скачков частиц из одного стационарного состояния в другое. И дальше: если вы пытаетесь описать газ как систему частиц, вы вынуждены лишить их индивидуальной различимости, если вы пишите символ (А, В) для выражения того, что А находится в одном месте, а В - в другом, то два состояния (А, В) и (В, А) не только физически неразличимы, но и представляют статистически только один случай, а не два, как требовал бы здравый смысл. Все эти и многие другие трудности исчезают, если вы отказываетесь от концепции частиц и используете только волновые представления.

Почему атомы необходимы

…Все же нельзя отказываться от концепции частиц. Как я уже говорил, для вычислений физика-теоретика весь этот спорный вопрос является почти несущественным. Но если он хочет сопоставить свои результаты с экспериментальными фактами, он должен описать их в терминах физического аппарата. Последний состоит из твердых тел, а не из волн. Таким образом, в любом случае, даже если бы описание физических фактов было возможно исключительно на основе волнового представления, все же в известном пункте должен совершаться переход к обычным твердым телам. Но законы, управляющие движением этих реальных тел, несомненно, являются законами механики Ньютона. Таким образом, волновая теория необходимо должна располагать средствами для перевода ее результатов на язык механики обычных тел. Если это делается систематически, то связующим звеном является матричная механика или одно из ее обобщений. Во всяком случае я не вижу, как можно избежать этого перехода от волновой механики к обычной механике твердых тел.

Рассмотрим теперь вопрос другим способом, исходя из обычных тел. Их можно разделить сначала на мелкие, а затем на еще более мелкие части. Идея греков заключалась в том, что эта процедура должна где-то кончиться, когда деление дойдет до атомов, неделимых частиц.

Современная теория изменила до некоторой степени эту точку зрения, но я не нахожу нужным углубляться в детали, которые вы все знаете. Части вещества, полученные последовательным делением, имеют одну и ту же физическую природу до тех пор, пока вы не приблизились к химическому атому. Атом неделим, но его части имеют иную природу, это более тонкие частицы, нуклоны и электроны. Затем мы обнаруживаем, что самые малые части, химические атомы и в еще большей степени нуклоны и электроны, не только качественно различны, но обладают бесспорно странными свойствами, которых мы в нашем опыте с обычными телами не встречаем. Они ведут себя не так, как частицы порошка, в который вы размельчили сначала ваш материал. Они лишены индивидуальности, их положение и скорость могут быть определены только с ограниченной точностью (согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга), и т.д. Скажем ли мы теперь, что частиц больше нет и что мы должны с сожалением отказаться от использования этой полезной и привлекательной картины?

Мы можем это сделать, если примем крайне позитивистскую точку зрения, согласно которой единственной реальностью являются ощущения, а все остальное - это «конструкции» нашего разума. С помощью математического аппарата квантовой механики мы способны предсказать, что будет наблюдать экспериментатор при определенных условиях эксперимента - ток, отмечаемый в гальванометре, след на фотографической пластинке. Но не имеет смысла спрашивать о том, что стоит за явлением - волны, частицы или что-нибудь еще. Многие физики приняли эту точку зрения. Мне лично она совсем противна так же, как и Шредингеру. Поэтому он настаивает на том, что за явлениями, за ощущениями есть нечто определенное, а именно то, что можно описать как волновое движение в еще слабо исследованной среде. Недавно американский физик Бом принял противоположную точку зрения; Бом заявляет, что он может интерпретировать всю квантовую механику на основе обычных частиц, а именно с помощью «скрытых» параметров, которые служат для описания ненаблюдаемых процессов.

Как изменить атомистическую концепцию

Я думаю, что нельзя поддержать ни одну из этих крайних точек зрения. Мне кажется правильной обычная интерпретация квантовой механики, которая пытается примирить оба аспекта явления - волны и частицы.

Физическая реальность

Представление о реальности в физическом мире на протяжении последнего столетия стало несколько проблематичным. Противоречие между простой и очевидной реальностью бесчисленных приборов, машин, двигателей и аппаратов всех видов, созданных промышленностью и лежащих в основе прикладной физики, и неясной и абстрактной реальностью основных физических понятий вроде сил и полей, частиц и квантов, несомненно, запутанное. Оно имеется уже между чистым и прикладным естествознанием, между представителями которых образовалась пропасть, могущая привести к опасному отчуждению. Чтобы преодолеть этот разрыв «реальности», как ее представляют в теории и на практике, физика нуждается в обобщающей философии, выраженной на повседневном языке. Я не философ, а физик-теоретик. Я не могу предложить никакой хорошо продуманной философии, которая учитывала бы соответствующим образом идеи различного направления; я хотел бы только изложить некоторые мысли, которые помогали мне в моих собственных объяснениях этих проблем.

…Мы начнем со следующего предложения: «Величины, с которыми физика имеет дело, не являются числовой оценкой объективных свойств частей внешнего материального мира; они - только результаты, которые мы получаем, когда производим известные операции».

Это определение выглядит как отрицание существования объективного материального мира; оно создает впечатление, будто физику нет никакого дела до реального мира и он производит эксперименты только с той целью, чтобы предсказывать результаты нового эксперимента. Вообще не объяснено, почему же физик должен брать на себя труд производить эксперименты. Этот вопрос, по-видимому, рассматривается как недостойный натурфилософии. Можем ли мы избежать вопроса о том, какую роль играют в этой системе вещей приборы из стали, латуни, стекла и т.п., которые тщательно сочетаются и приспособляются для экспериментов? Не являются ли они сверх того частью независимого от нас (pre-existing) внешнего материального мира? Являются ли они, подобно электронам, атомам и полям, чисто абстрактными идеями, применяемыми для того, чтобы предсказывать явления, которые могут наблюдаться в последующем эксперименте, в свою очередь представляющем опять-таки только собрание призраков?

Перед нами - воззрение, типичное для крайнего субъективизма, которому можно было бы дать подходящее название - «физический солипсизм». Хорошо известно, что упорно защищаемый солипсизм невозможно опровергнуть с помощью логических аргументов. Однако с тем же основанием можно сказать, что такой солипсизм не разрешает проблему, а уклоняется от нее. Логическая последовательность есть чисто отрицательный критерий; без нее не может быть принята никакая система, но никакая система не приемлема только в силу того, что она логически непротиворечива. Единственный положительный аргумент в пользу этого абстрактного вида ультрасубъективизма есть аргумент исторический. Утверждают, будто вера в существование внешнего мира лишена значения и для прогресса науки является прямо-таки помехой. Все, чем физик занимается, может быть постигнуто удовлетворительным образом только в терминах «опыта», а не внешнего мира.

В действительности дело обстоит совсем иначе. Все великие открытия в экспериментальной физике обязаны интуиции людей, откровенно использовавших модели, которые для них были не продуктом их фантазии, а представителями реальных вещей. Как мог бы работать экспериментатор и как мог бы он общаться со своими сотрудниками и современниками, если бы он не использовал модели, которые составляются из частиц (электронов, фотонов, нуклонов, нейтронов), полей и волн - понятий, которые теперь осуждаются как несущественные и бесполезные?

Однако имеется некоторое основание и для этой крайней точки зрения. Мы научились тому, что при применении этих понятий должна иметь место известная осторожность. Наивный подход к проблеме реальности, который был столь успешным в классический, или ньютоновский, период, оказался неудовлетворительным. Современные теории требуют новой формулировки. Эта новая формулировка развивается медленно и, вероятно, не достигла еще окончательного выражения. Я попытаюсь указать на современные тенденции.

При этом с самого начала следует учесть, что слово «реальность» есть составная часть нашего разговорного языка и поэтому - как и большинство слов - не имеет однозначного смысла. Существуют субъективные философии, которые учат, что реален только духовный мир и что физический мир - только кажимость, тень без субстанции. Хотя эта точка зрения и представляет наибольший философский интерес, но она лежит вне нашей дискуссии, которая имеет дело только с физической реальностью. И все же остаются открытыми еще достаточно много других вопросов. «Реальности» крестьянина или ремесленника, купца или банкира, государственного человека или солдата, очевидно, имеют мало общего. Для каждого из них наиболее действительные вещи суть те, которые стоят в центре их интересов, причем слово «реальный» употребляется почти как синоним со словом «важный». Интересно знать, может ли какая-либо философия так определить понятие реальности, чтобы оно не подвергалось последующему влиянию субъективных ассоциаций этого рода. Что касается нас, то мы спрашиваем: не может ли такое определение дать естествознание?

Это приводит нас к другому пункту, который выдвигает Дингль, а именно: нельзя ли без вреда для естествознания отбросить понятие и слово «реальность»? Мой ответ на этот вопрос состоит в том, что могут отказаться от этого понятия только те люди, которые живут в изолированных воздушных замках, вдали от всякого опыта и от всех действительных дел и наблюдений, следовательно, тот тип человека, который углубился в чистую математику, метафизику или логику настолько, что совершенно отошел от мира. Нильс Бор, который внес вклад в философию современного естествознания больше, чем кто-либо иной, неоднократно и отчетливо разъяснял, что реальные эксперименты невозможно было бы описать, не применяя при этом разговорного языка и понятий наивного реализма. Без признания этого немыслимо никакое соглашение о фактах даже между самыми возвышенными умами. Существенная часть этого приема состоит в том, что делают различие между идеями, теориями и формулами, с одной стороны, и реальными приборами и устройствами, которые созданы в соответствии с этими идеями, - с другой. При этом и в самом деле безусловно необходимо наивное употребление слова «реальное», простая вера в реальное существование материальных аппаратов. Я полагаю, что представляемая Динглем абстрактная школа этого не отрицает, хотя он не говорит ясно. Однако он запрещает применение понятия реальности к атомам, электронам, полям и т.д., следовательно, к терминам, которые употребляются при объяснении наблюдений. Но где граница между этими двумя областями? Можно кусок кристалла, принадлежащего к области макроскопической реальности, размолоть в порошок до того, что его частицы станут слишком мелкими, чтобы они воспринимались невооруженным глазом. Чтобы увидеть их, нужно применить микроскоп. Становятся ли теперь частицы менее реальными? Еще более мелкие частицы, коллоиды, при соответствующем освещении в ультрамикроскопе покажутся блестящими бесструктурными точками. Между этими частицами и единичными молекулами или атомами имеется непрерывный переход. Когда оказывается недостаточным ультрамикроскоп, можно взять электронный микроскоп, с помощью которого можно видеть даже большие молекулы. Так, где же оканчивается макроскопическая реальность, в которой живет экспериментатор, и где начинается мир атомов, из которого идея реальности подлежит изгнанию, как иллюзорная?

Такой границы, конечно, не существует; если мы вынуждены приписывать реальность обычным вещам повседневной жизни - включая применяемые в экспериментах приборы и материалы, - то мы не можем отрицать реальности и тех объектов, которые мы наблюдаем только с помощью приборов. Однако тот факт, что мы обозначаем их как реальные, как часть внешнего мира, еще никоим образом не обязывает нас к какому-то определенному описанию: вещь может быть реальной и при этом может еще очень отличаться от других известных нам вещей.

Прежде чем я мотивирую эту свою точку зрения, я хотел бы в нескольких словах коснуться того часто повторяющегося замечания, что квантовая механика разрушила различие между объектом и субъектом, ибо она может описывать ситуацию в природе не как таковую, а только как ситуацию, созданную экспериментом человека. Это совершенно верно. Атомный физик далеко ушел от идиллического представления старомодного натуралиста, который надеялся проникнуть в тайны природы, подстерегая бабочек на лугу. Для наблюдения атомарных явлений необходимы приборы такой чувствительности, что должна быть принята во внимание их реакция при измерениях; так как эта реакция подчиняется тем же квантовым законам, которым подчиняется и наблюдаемая частица, то вместе с ней вошел и фактор ненадежности, который исключает детерминистическое предсказание. Поэтому было бы, очевидно, праздным делом обсуждать ситуацию, какая получилась бы без вмешательства наблюдателя или независимо от него. Но что касается данного вмешательства наблюдателя в данной экспериментальной ситуации, то квантовая механика дает определенные утверждения относительно того максимального знания, которое может быть получено. Хотя мы не все знаем или можем только приближаться к полному знанию, все же, улучшая наши приборы, мы можем получить известные, ограниченные, но хорошо очерченные сведения, независимые от наблюдателя и его прибора, а именно инвариантные особенности некоторого числа подходящим образом спроектированных экспериментов. Процесс, посредством которого мы приобретаем эти знания, несомненно, обусловливается также и наблюдающим субъектом, но это, однако, не означает, что в результатах нет реальности. Ибо совершенно очевидно, что экспериментатор со своим прибором является частью реального мира, реальны также и мысленные процессы, при проектировании экспериментов. Правда, граница между действием субъекта и реакцией объекта не является четкой. Но это не препятствует нам применять эти понятия разумным образом. Так же не является четкой граница между жидкостью и ее паром, ибо ее атомы непрерывно испаряются и конденсируются, и, несмотря на это, мы можем говорить о жидкости и паре.