Так одновременно сколь угодно точно определить координату и импульс частицы невозможно. Произведение этих неопределенностей имеет порядок постоянной Планка[i]. Проблема состоит в том, что в отличие от прежних представлений, когда исследователь и его инструменты никак (или почти никак) не влияли на результаты эксперимента, исследование микромира производится другими объектами того же микромира. Например, чтобы определить координату электрона, необходимо, чтобы он провзаимодействовал с фотоном, иначе мы никак не получим информации. Это взаимодействие существенно изменит координату электрона. Аналогичная ситуация с импульсом. В микромире описание процессов возможно лишь на вероятностном уровне.

Копенгагенская интерпретация квантовой теории

Данная глава в книге В. Гейзенберга представляет собой, по его же словам, наибольшую трудность в понимании для неспециалистов.

Ключевым моментом квантовой теории с ее вероятностными представлениями является элемент субъективности в познании атомных процессов. В классической теории представляется возможным описать поведение системы, в процессе ее движения из одного состояния в другое, на основании начальных условий и законов движения. Субъект полностью отделяется от системы. Классическая теория претендует на достижение идеала научности XIX в. в смысле полной объективности.

Квантовая теория признает недостаточность наших знаний в связи с неточностями в определении физических характеристик. Вероятный исход наблюдения, следующего за некоторым данным наблюдением, зависит от факта самого данного наблюдения. Это связано с тем, что измерительные приборы привносят изменения в микромире, что фактически определяет ту самую неточность знания, о которой говорилось выше. Таким образом, каждый новый факт (результат измерения, наблюдения) изменяет функцию вероятности[ii].

В. Гейзенберг, тем не менее, подчеркивает, что квантовая теория, насколько это возможно, соответствует идеалу научности в смысле объективности. Ведь в квантовой теории результаты не зависят от того, как знание входит в сознание исследователя, что указывало бы на необъективность теории. Необходимо лишь помнить, что в силу неопределенности наше знание вероятностно, неточно.

В этой же главе В. Гейзенберг представляет мысль Бора о дополнительности. Дополнительность примиряет противоречащие друг другу позиции корпускулярной и волновой картин, говоря о том, что в зависимости от ситуации, определяющейся предметом исследования (излучение или фотоэффект – прим. составителя.) одна из картин дает более правильные результаты. Обе картины не противоречат, а дополняют друг друга.

В используемом речевом языке невозможно говорить о том, что объяснения одного и того же явления с волновой и корпускулярной позиции не противоречат друг другу, но их математический аппарат непротиворечив. Математический формализм гибок и формулы одной картины преобразуются в формулы другой.

Квантовая теория и истоки учения об атоме

В следующей главе своей книги В. Гейзенберг представляет обзор античных философских позиций по вопросу бытия и атомного строения вещей.

Первым ввел понятие материи (субстанции) греческий философ Фалес в VI веке до н. э., считая, что этой материей является вода. Фактически это было первое материалистическое учение античности.

Другой философ Анаксимандр, ученик Фалеса, отрицает возможность воде быть первоматерией и считает, что первоматерия есть некое бытие, несхожее ни с каким веществом. Существует вечное движение по превращению форм бытия.

Анаксимен, полагал, что первоматерия это воздух. Данный взгляд мало чем отличался от взгляда Фалеса.

По мнению В. Гейзенберга ближе всего к современному взгляду физики на мир был Гераклит. Гераклит в качестве первоматерии называл огонь. В самом деле, как будет показано далее, найденное Эйнштейном соотношение массы и энергии позволяет четко себе представить огонь – энергию в современном понимании – как первопричину всего сущего.

Далее В. Гейзенберг продолжает описание античнофилософских воззрений. Эмпедокл рассматривает все сущее с позиций четырех элементов: земли, воды, огня и воздуха. Движущие силы – любовь и вражда. Плюрализм – наличие нескольких элементов в качестве субстанциональных – преодолевает трудности монизма в объяснении многообразия окружающей действительности. Остается нерешенным вопрос о возможности преобразования элементов друг в друга.

Анаксагор доходит до предела в плюралистическом мировоззрении и утверждает о том, что вещи состоят из «семян». Существует бесконечное множество «семян», которые в разном соотношении и по-разному взаимно расположены в вещах. Многообразие мира вещей объясняется с позиции количественного и позиционного различия в их «семенном» составе.

По мнению автора до перехода к атомистическим концепциям оставался только один шаг. Этот шаг был осуществлен греческими философами Левкиппом и Демокритом. Они ввели понятие атома, вечного неразделимого и не обладающего никакими специфическими свойствами. Атомы движутся в пустоте, что так же важно, поскольку по современным представлениям, пишет В. Гейзенберг, пустота – необходимый атрибут материи. Пустота, по теории относительности Эйнштейна, определяет геометрию пространства и является условием всякого движения.

В. Гейзенберг представляет читателю также неатомистические взгляды Платона. Платон соединил онтологичность чисел пифагорейцев и элементы Эмпедокла, поставив во взаимное соответствие элементы и правильные геометрические фигуры. Важно, что элементы сопоставлены с математическими абстракциями, а сами элементы преобразуются друг в друга путем преобразования соответствующих им правильных фигур. Правда Платон не указывает, что он имеет в виду под соответствием правильных фигур и элементов – то ли это действительная форма элементов, огня, например, в виде квадрата, то ли это некоторое другое соответствие в мире идей.

В. Гейзенберг завершает эту главу сопоставлением современной ему физической картины мира и взглядов античных философов. Элементарные частицы – протоны, нейтроны, электроны и другие вполне соответствуют «атомам» Демокрита. По современным автору представлениям элементарные частицы материальны и составляют любое вещество. Есть некоторое отличие в понятии неразложимости этих «атомов». При столкновении этих частиц они распадаются на другие частицы. Но, что самое интересное, эти частицы тоже элементарные частицы, а не части первых.

По аналогии с концепцией элементов (огонь, земля, вода, воздух) в качестве единственного элемента, огня, выступает энергия.

Самое интересное, как отмечает В. Гейзенберг, является то, что Платон так же имел отдаленную, но в общих чертах правильную тенденцию рассматривать элементы вместе с их геометрическими идеями. Дело в том, что уже создано, пока на качественном уровне, единое уравнение материи. Собственные решения этого уравнения суть элементарные частицы.

Развитие философских идей после Декарта в сравнении с современным положением в квантовой теории