CC BY
85
ВЕСТН. МОСК. УН-ТА. СЕР. 7. ФИЛОСОФИЯ. 2010. № 3
А.А. Печенкин*
ИДЕОЛОГИЯ, ФИЛОСОФИЯ И ФИЛОСОФИЯ ФИЗИКИ
(к дискуссиям по интерпретации квантовой механики
в первой половине XX века)**
Статья исходит из историко-научного феномена, зафиксированного автором в предшествующих публикациях: в конце 1920-х и в 1930-е гг. в странах с противоположными социально-экономическими системами, а именно в США и СССР, возникают весьма сходные ансамблевые интерпретации квантовой механики. Статья посвящена философским и научным предпосылкам этих интерпретаций, автор настаивает на том, что было бы неправильным делить эти предпосылки по национальному признаку. Каждая из предпосылок касалась нескольких версий ансамблевой интерпретации, причем как советских, так и американских.
Ключевые слова: квантовая механика, интерпретация, ансамбли, вероятность, частицы, онтология, операционализм.
A.A. Pechenkin. Ideology, philosophy, and philosophy of physics (in connection with discussions on quantum mechanics interpretation in the first half of XX century).
The article proceeds from the historical phenomenon which was described by the author in his previous publications: in the late of 1920s and during 1930s in the countries with contrary social and economic systems, namely in USA and USSR the similar ensemble interpretations of quantum mechanics arise. The article is dedicated to philosophical and scientific presumptions of those interpretations. The author insists that it would be incorrect to classify these presumptions according to national line. Each of the presumptions concerns several versions of ensemble interpretations, including American and Soviet interpretations.
Key words: quantum mechanics, interpretation, ensembles, probability, particles, ontology, operationalism.
1. Введение
В работах автора [А.А. Печенкин, 2004, № 6, с. 103—121; 2007, с. 239—246] был зафиксирован следующий историко-научный феномен. В первой половине XX в. в двух странах, находящихся (как в буквальном, так и фигуральном смыслах слова) на противопо-
* Печенкин Александр Александрович — доктор философских наук, профессор кафедры философии и методологии науки философского факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, тел.: 939-24-09; e-mail: a_pechenk@yahoo.com
** Статья отражает результаты исследования, поддержанного РГНФ (проект № 08-03-00295а).
ложных сторонах Земли, возникают и развиваются весьма сходные позиции в философии науки. А именно в конце 20-х гг. и в 30-е гг. в США и СССР выдвигаются и интенсивно дебатируются ансамблевые (статистические) интерпретации квантовой механики. В США в 1929 г. ансамблевый подход предлагает молодой физик Дж. Слэ-тер (1900—1976), известный своими работами в области квантовой механики (теория Бора—Крамерса—Слэтера). Интерпретацию Слэ-тера поддерживает Дж.Х. ван Флек (1899—1980), специалист по квантовой теории магнетизма. Учитель Дж. Слэтера по Гарвардскому университету Е. Кембл (1889—1964) также поддерживает и развивает ансамблевый подход. В несколько иной версии ансамблевый подход развивает физик и философ, автор одной из авторитетных книг по философии физики «Природа физической реальности» Г. Маргенау (1901—1997).
В СССР ансамблевый подход звучит в лекциях по квантовой механике, прочитанных в 1939 г. в МГУ крупным физиком, специалистом по оптике, радиофизике и теории колебаний Л.И. Мандельштамом (1879—1944). Однако официальным пропагандистом ансамблевого подхода был профессор Физического института АН СССР К.В. Никольский (1905—1978), поддерживаемый в своих интерпретационных усилиях директором этого института, крупным физиком С.И. Вавиловым. В духе ансамблевого подхода высказывался также философ-марксист известный организатор советской физики Б.М. Гессен (1893—1936).
Американский и советский подходы к квантовой теории отличались от того подхода, который складывался в Центральной Европе и который в значительной мере формулировался самими создателями этой теории — Н. Бором, В. Гейзенбергом, В. Паули. Этот подход во второй половине 1930-х гг. стал называться копенгагенским — по месту расположения Института теоретический физики в Копенгагене, возглавляемого Бором. Хотя США с целью чтения лекций посещали классики копенгагенской интерпретации Н. Бор и В. Гейзенберг, можно согласиться с Нэнси Картрайт, заявившей, что в этой стране «копенгагенская интерпретация была маловлиятельной» [N. Cartwright, 1990, vol. 2, p. 418]. Иной была ситуация в СССР. Здесь ансамблевая интерпретация излагалась не просто с целью прояснить содержание фундаментальных понятий новой теории, а в оппозиции к тому истолкованию этой теории, которое шло из Центральной Европы. По словам К.В. Никольского, в СССР существовала «ветвь копенгагенской школы», состоявшая из В.А. Фока, И.Е. Тамма и М. Бронштейна [К.В. Никольский, 1938, № 1]. В.А. Фок был научным руководителем аспиранта К.В. Никольского, и выступление Никольского в 1936 г. против копенгагенской интерпретации обернулось полемикой с Фоком на страни-
цах «Успехов физических наук» и разрывом их личных отношений, которые восстановились лишь в начале 1970-х гг., когда душевнобольной К.В. Никольский стал посылать своему бывшему шефу занимательные задачи с просьбой опубликовать их где-нибудь.
В конце 1930-х гг. интерпретация К.В. Никольского была, однако, влиятельной. По свидетельству С.М. Рытова, ученика Л.И. Мандельштама и сотрудника Физического института АН СССР, К.В. Никольский говорил разумные вещи. В 1941 г. выходит книга К.В. Никольского «Квантовые процессы», представляющая его ансамблевый подход. Статья «Квантовая механика», помещенная в Большой советской энциклопедии» (1-е изд., 1941), в значительной своей части была написана К.В. Никольским.
В послевоенные годы классиком ансамблевого подхода в СССР стал известный физик и автор одного из популярных учебников по квантовой теории Д.И. Блохинцев. В основных своих публикациях Д.И. Блохинцев ссылался на Л.И. Мандельштама и К.В. Никольского как на своих предшественников.
Настоящая статья не ставит своей целью формулирование и обсуждение ансамблевой интерпретации квантовой механики — это сделано автором в предшествующих публикациях [А.А. Печенкин, 2004, № 6; 2007; A. Pechenkin, 2002, vol. 16, N 3]. Здесь рассматриваются предпосылки ансамблевого подхода, лежащие в философской рефлексии физиков. Цель автора — показать, что ансамблевая интерпретация квантовой механики не привнесена какой-то внешней по отношению к науке философией и тем более философией, играющей роль идеологии. Философия физики, объединившая американских и советских физиков, — особая область философских изысканий. Как и всякая философия (философия искусства, философия религии), она отражает глобальные философские процессы и нововведения. Но она обладает не только своим собственным объектом (фундаментальные физические теории и понятия, структура физического теоретизирования, соотношение теории и эксперимента, фундаментальных и прикладных исследований), но и своим собственным инструментарием. К последнему относятся логические понятия (индукция, дедукция, суждение, определение и т.д.), логико-математические понятия (множество, модель, исчисление), понятия эмпирической традиции мировой философии и многое другое.
Каково соотношение понятийного инструментария философии физики и философского позитивизма? В дальнейшем будет показано, что философия физики, реально функционировавшая в СССР и США, испытала на себе влияние позитивизма и в первую очередь махизма. Однако это влияние не перерастало в детерминацию. Философские поиски Эрнста Маха и его последователей
были интересны для советских физиков. Но это не значит, что какие-либо категории Маха («элементы мира», «экономия опыта» и т.д.) в прямую использовались ими. Философия физики «перерабатывает» поступления философской мысли, трактуя их в свете физической интуиции, в свете тех проблем, которые ставит перед собой физика как наука.
Принятый в настоящей статье подход к философии физики противостоит тому, который сложился в американской советологической литературе. Автор настоящей статьи не может согласиться с утверждением Л.Р. Грэхема о том, что «советская философия науки — диалектический материализм» [Л.Р. Грэхем, 1991, с. 7]. За этим утверждением у Грэхема идет пассаж апологетики диалектического материализма. Утверждать так — значит, не отделять словесную мишуру, в которую облекались философские экскурсы, от реальной «рабочей» философии науки, помогающей понять пути и задачи научного поиска. Более того, Л.Р. Грэхем подчас принимает за философию науки карьеристские статьи, излагающие тривиальности. В реальных работах по философии физики (скажем, в лекциях Л.И. Мандельштама) не было диалектического материализма. Обсуждая пути развития физики, Мандельштам использовал понятия «наблюдатель», «система отсчета», «мысленный эксперимент» и т.д., словом, понятия, лишенные идеологической ангажированности.
По моему мнению, более точно реальную ситуацию в советской философии физики 1930-х гг. оценивает другой советологический автор — А. Вусинич, указывающий на «сопротивление» физиков диалектическому материализму [A Vucinich, 1980, vol. 71, p. 236—250]. Однако кроме явного и скрытого сопротивления философскому официозу в советской философии физики происходила и творческая работа — прояснение смысла и значения физических понятий и законов.
В книге М. Джеммера по истории философского истолкования квантовой механики советские ансамблевые (статистические) интерпретации вынесены в специальный параграф, озаглавленный «Идеологические причины» [M. Jammer, 1974, p. 443]. Тем самым Джеммер подчеркивает, что формулирование ансамблевого подхода в Советском Союзе вызвано не научной потребностью (лучше понять квантовую механику), а идеологической — придать центральным понятиям этой теории ту форму, которая сделала бы их адаптируемыми в системе диалектического материализма. А как же тогда быть с американскими ансамблевыми интерпретациями? Какой философии они должны были удовлетворять? Между прочим, в своей книге «Квантовые процессы» (1941) К.В. Никольский ссылается на ансамблевую интерпретацию квантовой механики,
изложенную в книге американского физика Е. Кембла, как на близкую той, которую он сам излагает.
Как отмечалось, в настоящей статье будут рассмотрены предпосылки ансамблевого подхода к квантовой механике, предпосылки, общие для американских и советских интерпретаций. Это предпосылки, относящиеся к мировой философии науки.
В следующем разделе будут прослежены некоторые моменты в формировании вероятностной трактовки квантовомеханического состояния — трактовки, известной в литературе как вероятностная интерпретация М. Борна. Речь идет о вероятностной интерпретации, ставшей составной частью всех основных изложений квантовой механики — копенгагенского (ортодоксального), ансамблевого, многомирового и др. Однако в ходе разработки вероятностной интерпретации были высказаны соображения, которые стимулировали ансамблевый подход к квантовой теории.
Затем (раздел 3) будет рассмотрена частотная трактовка вероятности, выдвинутая немецким математиком, механиком и философом Р. фон Мизесом, — трактовка, противостоящая классическому пониманию вероятности, а также и аксиоматическому построению теории вероятности советским математиком А.Н. Колмогоровым. Будет показано, что от этой трактовки тянутся нити к ансамблевому подходу к квантовой механике.
В разделе 4 речь пойдет об ансамблях Гиббса — важном понятии классической статистической физики. Будет показано, что для американского физика Дж. Слэтера, его учителя Е. Кембла и советского физика К.В. Никольского ансамбли, лежащие в основе квантовой теории, были гиббсовскими ансамблями.
Дж. Слэтер, Е. Кембл в США и К.В. Никольский в СССР, формулируя свои ансамблевые истолкования квантовой механики, исходили из онтологии частиц (дискретности), противостоящей теоретико-полевой онтологии (континуальности) (раздел 5).
И, наконец, раздел 6 будет посвящен философии операциона-лизма, общей для некоторых из советских и американских сторонников ансамблевого подхода.
2. Ансамблевый подход и вероятностная интерпретация волновой функции
В книге М. Редхеда вероятностная интерпретация волновой функции названа минимальной инструменталистской интерпретацией [И.. Readhed, 1987]. Эта интерпретация обеспечивает применение математического аппарата квантовой механики, его связь с опытом, с теми цифрами, которые снимаются с приборов. За ней в книге Редхеда идут философские интерпретации квантовой ме-
ханики. Интерпретации именно во множественном числе. Если минимальная инструменталистская интерпретация принята фактически всеми, кто работает с квантовой теорией, то на поле философских интерпретаций до сих пор идут дебаты и баталии.
Имея в виду «стандартную» модель научной теории, присутствующую в книгах по философии науки (у нас ее обычно называют гипотетико-дедуктивной моделью), вероятностную интерпретацию волновой функции можно назвать эмпирической интерпретацией. Философские интерпретации можно назвать семантическими: они наделяют значениями первичные понятия научной теории.
В истории же квантовой физики мы уже не обнаружим такой гладкой картины. Эмпирическая интерпретация волновой функции возникала как семантическая интерпретация, как интерпретация, приписывающая ансамблевые коннотации волновой функции [L. Wessels, 1980, vol. 2, p. 187-200].
Как отмечает Линда Весселс, вероятностная интерпретация волновой функции была сформулирована в том общем виде, в котором она присутствует в современных учебниках, не М. Борном, с именем которого ее обычно связывают, а В. Паули. М. Борн развил свою вероятностную интерпретацию, имея в виду частную задачу - задачу о столкновении атома и электрона. Как это прослежено в литературе по истории квантовой механики, М. Борн совместно с П. Иорданом пытался решить эту задачу, опираясь на аппарат создаваемой ими матричной формулировки квантовой механики (1925). Однако реального прогресса Борн добился (статьи 1926 г.), рассматривая систему «атом + электрон» на базе волновой формулировки, выдвинутой Э. Шрёдингером. Задача состояла, в частности, в том, чтобы определить асимптоты траекторий электрона до столкновения с атомом и после этого столкновения. В соответствии с волновой теорией Шрёдингера Борн получил суперпозицию волновых функций, описывающую систему «электрон + атом». М. Борн в этой связи отметил, что если мы хотим взглянуть на процесс с корпускулярной точки зрения, то нам «ничего не остается», кроме как применить понятие вероятности. Возникающие при решении задачи волновые функции будут давать вероятности того, что электрон, приблизившийся к атому в таком-то направлении, будет отброшен им в некотором ином направлении. Борн соотносил эти вероятности с ансамблями систем «атом + электрон».
Разъясняя свою интерпретацию, Борн шел по линии философского индетерминизма. Он обратился к идее Шрёдингера о «поле-призраке» («Gespensterfeld») и выдвинул свое представление о волновой функции как о «ведущем поле» («Fuhrungsfeld»). Нас в данном случае интересует та трансформация этих идей Борна,
которую они претерпели в статье Слэтера (1927). Ведь именно Слэтер, как отмечалось выше, отчетливо представил ансамблевую интерпретацию в своем докладе на симпозиуме, проводимом Американским физическим обществом в 1928 г.
Дж. Слэтер связал вероятностную интерпретацию М. Борна с недавней для того времени идеей Э. Шрёдингера трактовать квадрат модуля волновой функции как распределение зарядовой плотности электрона в состоянии, представляемом этой волновой функцией. Для Слэтера атом в состоянии у = Хспуп обладает вероятностью | cn |2 находиться в состоянии, в котором распределение зарядовой плотности соответствует |уп|2 [/. Slater, 1927, vol. 13, p. 7—12].
Следующим этапом был уже упоминавшийся доклад на симпозиуме Американского физического общества. Этот доклад выдержан в корпускулярных представлениях, в пользу которых Слэтер высказывался уже в 1924—1925 гг. [А.А. Печенкин, 2004, № 6, с. 112]. Вместо зарядовой плотности здесь уже плотность точек. «Волновая механика, относясь к статистическим теориям, оперирует с ансамблями. Математически они представляются путем задания функции распределения, представляющей облако точек. Таким образом, знакомое нам произведение уу* дает плотность точек в пространстве, на котором нанесены различные координаты системы» [/. Slater, 1929, vol. 2007, N 4, p. 452].
Итак, Слэтер, выдвигая ансамблевую интерпретацию, непосредственно шел от интерпретации, данной Борном. Этого нельзя сказать о других классиках ансамблевого подхода (как американских, так и советских). Однако вероятностно-ансамблевая интуиция Борна прямо или опосредованно присутствует в их построениях. Возьмем, например, одну из первых американских книг по квантовой теории [A.E. Ruark, H.C. Urey, 1930]. Это вообще книга по атомной физике, и современная квантовая механика появляется в ней где-то к концу. Но в ней присутствует ансамблевая интерпретация, причем она упоминается вместе с вероятностной трактовкой волновой функции, выдвинутой Борном [ibid., p. 623]. При этом ансамбли частиц занимают логически первое место. Вероятности, соответствующие cnc*, предстают в этой книге как «фракции ансамблей».
Советские сторонники ансамблевого подхода также исходили из вероятностной интерпретации, выдвинутой Борном и сформулированной Паули. Однако к ансамблевой интуиции Борна, развитой им при решении задачи о столкновении частиц, они непосредственно не обращаются. Эта интуиция присутствует в их построениях опосредованно.
Дело в том, что вероятностная интерпретация волновой функции сама может интерпретироваться двояко. Она может рассматриваться как вероятность единичного события (например, попадания электрона в точку на фотопластинке). Таким образом ее используют сторонники копенгагенской интерпретации. Но вероятностная интерпретация волновой функции может быть понята в связи с вероятностью, определяемой в ансамбле (например, в связи с частотой попадания электронов в окрестность какой-то точки). Таким образом ее, как правило, понимают сторонники ансамблевого подхода к квантовой механике.
3. Частотная концепция вероятности
Современные учебники по теории вероятностей обычно упоминают три концепции вероятности: классическую, частотную и аксиоматическую. Классическая, восходящая к П.С. Лапласу, трактует вероятность как отношение благоприятных исходов к числу равновозможных исходов. Частотная, принадлежащая Р. Фон Ми-зесу (статья 1919 г. и книга 1928 г.), трактует вероятность как предел последовательности относительных частот, предел, возникающий при стремлении числа испытаний к бесконечности. Обычно в основу теории вероятностей кладут аксиоматическую концепцию, принадлежащую А.Н. Колмогорову (1925—1933), две первые концепции выполняют лишь поясняющую и интерпретационную функцию.
Частотная концепция вероятности, однако, сыграла свою роль при формулировании ансамблевого подхода к квантовой механике. Эта концепция предполагает понятие ансамбля: по словам фон Ми-зеса, понятие вероятности становится осмысленным только тогда, когда мы отчетливо представляем себе коллектив (ансамбль), по отношению к которому определена вероятность.
М. Борн, формулируя вероятностную интерпретацию волновой функции, не ссылался на фон Мизеса. Однако советский физик Л.И. Мандельштам развивает вероятностную интерпретацию М. Бор-на в направлении ансамблевого подхода. «Волновая механика, — говорил Мандельштам, читая лекции в МГУ, — статистическая теория. Но говорить о статистике можно, только имея в виду определенную совокупность элементов, к которой эта статистика относится» [Л.И. Мандельштам, 1972, с. 332].
Приведенные две фразы из «Лекций» Л.И. Мандельштама, по сути дела, представляют собой цитату из книги Р. фон Мизеса «Вероятность, статистика и истина», опубликованной в 1928 г. (русский перевод вышел в 1930 г. под названием «Вероятность и статистика»).
Автором настоящей статьи прослежены контакты Л.И. Мандельштама и Р. фон Мизеса, которые познакомились еще до Первой мировой войны в Страсбурге, где оба преподавали в университете и вели исследования. Мандельштам и фон Мизес сохранили дружественные контакты и после того, как оказались в странах с разными социально-экономическими системами. Л.И. Мандельштам с энтузиазмом встретил книгу Р. фон Мизеса «Вероятность, статистика и истина» и, судя по всему, способствовал ее скорейшему изданию на русском языке. Английский перевод этой книги появился лишь в 1939 г. (перевод второго немецкого издания) [см.: А.А. Печенкин, 1999. Сер. 2. Вып. 4 (39); 2000, № 11].
Последователем фон Мизеса в Советском Союзе был также упоминавшийся во введении философ-марксист Б.М. Гессен, готовивший диссертацию в Коммунистической академии под руководством Л.И. Мандельштама. Б.М. Гессен подчеркивал, что фон Мизес развивает понятие объективной вероятности, противостоящее субъективизму в этой теории. Хотя основная работа Гессена приходилась на уточнение формулировок частотной теории вероятности, он высказывался и по вопросу интерпретации квантовой механики. «Статистическая закономерность есть выражение специфической природы коллектива» [Б.М. Гессен, 1930, с. 25], — перефразирует Гессен слова фон Мизеса и Мандельштама.
Каково было отношение американских физиков и философов, развивавших ансамблевый подход, к фонмизесовской частотной концепции вероятности? Здесь в первую очередь должен быть упомянут Г. Маргенау. Настаивая, как и Гессен, на объективности вероятности, он вслед за фон Мизесом рассматривал вероятность не как степень нашего знания, а как частоту. Это понимание вероятности позволяло Маргенау бороться с субъективистским подходом к квантовой механике, с теми, кто считает, что «волновая функция не относится к реальности, а описывает наше знание [H. Margenay, 1937, vol. 4, p. 346]. Субъективистская же точка зрения ведет к превращению физика «в весьма экспрессионистский тип психологии» [ibid., p. 348].
4. Гиббсовские ансамбли
В одном из последних обзоров дается следующее определение: «пусть мы имеем некоторую макросистему, находящуюся в заданном термодинамическом состоянии, то есть при фиксированных термодинамических переменных, определяющих это состояние. Возьмем N экземпляров этой системы, которые находятся в том же термодинамическом состоянии, но различаются своими микросостояниями. При N ^ ^ такая совокупность макросистем образует ансамбль Гиббса» [В.В. Нестеренко, 2008, с. 2].
9 ВМУ, философия, № 3
129
Если не заботиться о деталях, то ансамбли фон Мизеса, предполагаемые его частотной концепцией вероятности, совпадают с ансамблями Гиббса. Это отмечено в цитировавшемся обзоре.
Исторически, однако, ансамбли Гиббса при интерпретации квантовой механики играют особую роль. Из ансамблей Гиббса исходил Дж. Слэтер в упоминавшемся выше докладе 1928 г., а также советский физик К.В. Никольский, восставший против своего научного руководителя В.А. Фока. Поскольку ряд американских физиков взяли на вооружение интерпретацию Слэтера, в их трактовке квантовой механики тоже присутствуют гиббсовские ансамбли.
«Волновая механика, — писал Слэтер, — является расширением не обычной ньютоновской механики, а статистической механики... Статистика приходит вместе с фактом, что мы работаем не с одним наблюдением, а с ансамблем наблюдений. Под ансамблем имеют в виду множество повторений одного и того же эксперимента — такое множество повторений, которое действительно происходит в реальном физическом эксперименте» [J. Slater, 1929, vol. 207, N 4, p. 449—450].
В своих воспоминаниях Слэтер дает следующее разъяснение: «Ансамбль представляет собой собрание многих повторений одного и того же эксперимента, согласующихся в отношении макроскопических свойств, которые мы решаем контролировать, но допускающих разброс по значениям тех микроскопических свойств, которые настолько незначительны, что мы не можем экспериментально определять и контролировать их» [J. Slater, 1975, p. 44].
Е. Кембл следует Слэтеру, но использует более точную терминологию. Он пишет об ансамблях пар «приготовление состояния— измерение». Он имеет в виду гиббсовские ансамбли тождественных систем, приготовленных таким образом, что их «прошлые истории» одинаковы во всех тех деталях, которые могут повлиять на их будущее поведение [E. Kemble, 1937, p. 54].
Хотя К.В. Никольский не использует термин «ансамбль Гиббса», он, по сути дела, пишет об этих ансамблях, когда употребляет термин «ансамбль квантовых процессов». Он имеет в виду «ансамбли экспериментов с индивидуальными квантовыми частицами, которые были сначала поставлены в определенные заданные условия» [К.В. Никольский, 1936, т. 26, c. 26—27]. Например, квантовый ансамбль составит ансамбль проходов микрочастиц через дифракционное устройство.
В книге 1941 г. он определяет квантовый ансамбль как множество экземпляров макроскопического тела, поставленного в определенные физические условия и находящегося во взаимодействии с микрочастицей. Мы изучаем поведение микрочастицы. Поведение индивидуальной микрочастицы не определено полностью: оно
зависит от «неконтролируемого взаимодействия с макроскопическим телом. Но поведение ее в ансамбле уже полностью определимо [К.В. Никольский, 1941, с. 28].
Примечательно, что параллельно с работой над основаниями квантовой механики К.В. Никольский работал над переводом книги Дж. Гиббса, излагающей понятие ансамбля. Хотя этот перевод был завершен им еще в 1941 г., когда вышла его основная книга по квантовой механике, он был опубликован лишь в 1946 г. [Дж. Гиббс, 1946].
5. Онтология частиц
Сторонники копенгагенской (ортодоксальной) интерпретации квантовой механики обычно используют понятия «частица» и «волна» симметричным образом: в одних ситуациях микрообъект ведет себя как частица, в других — как волна. Сторонники же ансамблевого подхода, как правило, исходят из онтологии частиц. «Волна» является для них производным понятием.
Копенгагенский подход к квантовой механике отчетливо проступает в Чикагских лекциях В. Гейзенберга (1929). Как пишет сам Гейзенберг в предисловии к книге, содержащей эти лекции, он стремится выдержать в них симметрию между корпускулярными и волновыми представлениями [В. Гейзенберг, 1932].
Как отмечалось в разделе 2, Дж. Слэтер выразил свое предпочтение онтологии дискретности еще в 1924 г. в заметке «Излучение атомов», опубликованной в «Nature». В этой заметке, которая исторически и логически предшествовала известной теории Бора— Крамерса—Слэтера (1925), Слэтер определяет, исходя из принципов квантовой теории Бора, основанной на идее дискретности, базу для теории излучения, которая традиционно строилась на конти-нуалистских принципах. Как известно, Слэтер внес в теорию Бора— Крамерса—Слэтера идею виртуальных осцилляторов. Эта идея пережила недолговечную теорию Бора—Крамерса—Слэтера, допускавшую статистический характер закона сохранения энергии, и воплотилась в матричной механике Гейзенберга.
В докладе 1928 г. Слэтер впрямую не декларирует свое предпочтение дискретности. Однако весь этот доклад выдержан в терминах корпускулярной онтологии.
Первая книга К.В. Никольского (вышла в свет в 1934 г.) была выдержана в копенгагенском духе, поддерживаемом его учителем В.А. Фоком. Это была книга по квантовой механике многоэлектронных систем, по квантовой механике молекул. Но уже в ней Никольский высказывался в пользу онтологии частиц. К этому побуждал сам предмет: квантовая теория атомов и молекул генети-
чески связана со старой квантовой теорией Бора — Зоммерфельда, построенной на онтологии дискретности. Эта приближенная теория, базирующаяся на образе частиц (электронов), взаимодействующих друг с другом и ядрами атомов.
В своей первой книге К.В. Никольский моделирует волну, опираясь на образ частицы: «Когда мы рассматриваем частицу с определенными энергией и импульсом, то, чтобы определить ее будущее поведение, нам следует рассмотреть всю совокупность ее возможных движений со следующими начальными условиями: определенный импульс и произвольная координата. А это как раз и есть плоская волна...» [К.В. Никольский, 1934, с. 15].
Что-то похожее писал Э. Шрёдингер. Однако Никольский идет дальше. В своей книге 1941 г. по основаниям квантовой механики он высказывается весьма решительно. Дуализм «частица — волна», по его мнению, — это дуализм «частица—ансамбль частиц» [КВ. Никольский, 1941, с. 28]. В предисловии к своему переводу книги Гиббса он связывает его идею ансамбля с торжеством онтологических представлений атомистики.
Интересно, что американские сторонники ансамблевого подхода Дж. Слэтер и Е. Кембл, как и К.В. Никольский, занимались теорией многоэлектронных систем. Американский историк науки А. Асмус назвала Кембла «молекулярным структуралистом», имея в виду его вклад в теорию строения молекул [A. Asmus, 1992, vol. 12, part 1]. С такими же основаниями «молекулярным структуралистом» мог бы быть назван К.В. Никольский, Дж. Слэтер в американский период своей жизни также главным образом занимался многоэлектронными системами. У него здесь был результат — слэ-теровские определители, которые вошли в теорию молекулярных орбит.
6. Операционализм
Наглядный аргумент против позиции тех, кто, как Лорен Грэхем, отделяет советскую философию науки от мировой, дает интерпретация квантовой механики в «Лекциях» Л.И. Мандельштама. В этой интерпретации присутствует философия операционализма, которую Дж. Холтон назвал «существенно американской философией» [G. Holton, 1986, p. 209]. Как отмечает Н. Картрайт (ее статья об американских интерпретациях квантовой механики уже цитировалась выше), «операционализм был очень популярен в США» [N. Cartwright, 1990, p. 423]. Эта философия, высказанная американским физиком П. Бриджменом, оказала влияние на изложение квантовой механики Слэтером, Кемблом и ван Флеком.
Л.И. Мандельштам обратился к философии операционализма еще в своих «Лекциях по теории относительности», прочитанных в 1933—1934 гг. Он поставил в них вопрос о природе физических законов. «Когда мы говорим, например, о ньютоновских или каких-либо еще законах, то имеем в виду формулы, в которые входят х, у, z, — говорил Мандельштам. — Мы проверяем эти формулы, подставляя на место х, у, z определенные числа. Для этого надо уметь измерять длину. Что значит для физика измерять длину? Во-первых, надо иметь единицу... Можно ли спросить, действительно это метр или нет? Нет, нельзя: это по определению — метр. В этом сказывается существенная черта понятий, с которыми оперирует физик. Вообще в логике определить понятие — это значит свести понятие на более простое, т.е. уже известное (не знаю, можно ли это провести до конца). Физик же требует другого — представить реальную вещь. Только так Вы свяжете понятие с реальным миром. Нет другого способа измерить единицу длины, как показать стержень или другую реальную вещь...
Но это еще не все. Если есть единица, то надо уметь измерять... Физик должен иметь "рецепт", как находить длину. Он должен такой рецепт указать, он его не узнаёт, а определяет» [Л.И. Мандельштам, 1972, с. 165].
При изложении квантовой механики Мандельштам проводит следующее операционалистское рассуждение: «Почему мы называем р импульсом? Здесь опять же самообман: берется прежнее слово, и это создает видимость какого-либо содержания, т.е. невольно подразумеваются прежние измерительные рецепты... Нам нужно установить связь между этими математическими символами... и объектами природы. Для физика установить такую связь — это означает измерить — дать те конкретные рецепты, согласно которым из реальных вещей извлекаются численные значения теоретических величин» [там же, с. 335].
В развитие операционалистской методологии Л.И. Мандельштам различает два типа измерений — прямые и косвенные. Это одна из главных инноваций его изложения квантовой механики.
Операционализм Л.И. Мандельштама, правда, не идет от П. Бриджмена, популярного в США. Это свой операционализм, выработанный при чтении статей А. Эйнштейна, книг Э. Маха, при беседах с Р. фон Мизесом (надо заметить, что сами Эйнштейн и фон Мизес в своих философских изысканиях во многом следовали Маху). Собственно частотное определение вероятности, выдвинутое фон Мизесом и поддержанное Мандельштамом, — типичное операциональное определение. Вероятность определена через процедуру измерения вероятности [подробнее см: A. Pechenkin, 2000, vol. 24, p. 407—432].
7. Заключение
Итак, ансамблевая интерпретация квантовой механики складывалась в США и СССР в результате осмысления близких проблем, при применении близких понятий, при прослеживании сходных импликаций. Американских и советских физиков, разрабатывавших эту интерпретацию, можно считать участниками одного философско-научного дискурса. Отсюда, однако, не следует, что существовала одна идейная нить, связывающая всех физиков и философов, склонявшихся к ансамблевому подходу. Нет, выше было прослежено несколько предпосылок ансамблевого подхода. Неверно, однако, было бы разбивать эти предпосылки на американские и советские. Как американские, так и советские физики и философы шли к ансамблевому подходу различными путями, но эти пути пересекались и лежали недалеко друг от друга.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гейзенберг В. Физические принципы квантовой теории. М.; Л., 1932.
2. Гессен Б.М. К вопросу о проблеме причинности в квантовой физике // Гааз А. Волны материи и квантовая механика. М.; Л., 1930.
3. Гиббс Дж. Основные принципы статистической механики / Пер. и предисл. К.В. Никольского. М.; Л., 1946.
4. Грэхем Л.Р. Естествознание, философия и наука о человеческом поведении в Советском Союзе. М., 1991.
5. Интервью с С.М.Рытовым. 19 дек. 1992.
6. Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М., 1972.
7. Нестеренко В.В. О роли ансамблей Гиббса в статистической термодинамике // Объединенный институт ядерных исследований. Дубна, 2008.
8. Никольский К.В. Квантовая механика молекулы. М.; Л.: ГТТИ, 1934. С. 15.
9. Никольский К.В. Принципы квантовой механики // Успехи физических наук. Т. 26. М., 1936.
10. Никольский К.В. О путях развития теоретической физики в СССР // Под знаменем марксизма. 1938. № 1.
11. Никольский К.В. Квантовые процессы. М., 1941.
12. Печенкин А.А. Переписка Л.И. Мандельштама и Р. фон Мизеса // Историко-матем. исследования. Сер. 2. Вып. 4(39). М., 1999.
13. Печенкин А.А. «Дорогой друг... Дорогой Миз...» Из писем Л.И. Мандельштама Р. фон Мизесу // Природа. 2000. № 11.
14. Печенкин А.А. Ансамблевые интерпретации квантовой механики в США и СССР // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 7. Философия. 2004. № 6.
15. Печенкин А.А. Статистические интерпретации квантовой механики // Эйнштейн и перспективы развития науки. М., 2007.
16. Asmus A. The americanization of molecular physics // Historical studies in the physical and biological sciences. 1992. Vol. 12. Part 1.
17. Cartwright N. Philosophical Problems of Quantum Theory: The Response of American Physicists // The Probabilistic Revolution. Vol. 2. Ideas in the Sciences. Cambridge (Mass.). 1990.
18. Kemble E. The fundamental principles of quantum mechanics. N.Y., 1937.
19. Holton G. The advancement of science and its burdens. Cambridge, 1986.
20. Margenau H. Critical points in modern physical theory // Philosophy of science. 1937. Vol. 4.
21. Jammer M. The philosophy of quantum mechanics. N.Y., 1974.
22. Pechenkin A. Operationalism as the philosophy of Soviet physics: the philosophical background of Mandelstam and his school// Synthese. 2000. Vol. 24.
23. Pechenkin A. L. Mandelstam's interpretation of quantum mechanics in comparative perspective // International studies in the philosophy of Science. 2002. Vol. 16. N 3.
24. Readhed M. Incompleteness, nonlocality, and realism: A prolegomen to the philosophy of quantum physics. Oxford, 1987.
25. Ruark A.E., Urey H.C. Atoms, molecules, and quanta. N.Y, 1930.
26. Slater J. Radiation and absorption in Schrodinger's theory // Proceedings of the National Academy of Science. 1927. Vol. 13.
27. Slater J. Physical meaning of wave mechanics // Journal of the Franklin Institute. Vol. 207. 1929. N 4.
28. Slater J. Solid state and molecular theory: a scientific biography. N.Y.; L.; Sydney; Toronto, 1975.
29. Vucinich A. Soviet physicist and philosophers in the 1930s. Dynamics of a conflict // ISIS. 1980. Vol. 71.
30. Wessels L. What was Born's statistical interpretation? // Proceedings of Biennial Meeting of the Philosophy of Science Association. 1980. Vol. 2.
