Дао физики. Исследование параллелей между современной физикой и восточной философией - Фритьоф Капра

Для дальнейшего описания наблюдения пригодится конкретный пример с простейшей физической единицей — субатомной частицей, например электроном. Если мы хотим пронаблюдать и измерить такую частицу, сначала придется ее изолировать или даже создать в процессе подготовки эксперимента. Можно условно описать ситуацию так. Частица подготовлена в области А, затем перемещается в область В, где ее измеряют. На практике и подготовка, и измерение частицы могут представлять собой ряд сложных процессов. Так, например, в физике высоких энергий при подготовке столкновений частицы-снаряды разгоняются, двигаясь по круговой орбите, пока их энергия не возрастет до нужной величины. Этот процесс происходит в ускорителе. Когда необходимое количество энергии получено, частицы заставляют покинуть ускоритель (А) и переместиться в область мишени (В), где они сталкиваются с другими частицами. Столкновения происходят в пузырьковой камере, где частицы оставляют видимые следы; аппарат фотографирует их. Свойства частиц определяются путем математического анализа траектории их движения. Он весьма сложен и требует использования компьютера. Вот как выглядит процесс измерения (рис. 11).

Рис. 11. Наблюдения в атомной физике

При анализе наблюдения важно, что частица — промежуточная система, соединяющая процессы в А и В. Она существует и имеет смысл только как связующее звено между подготовкой эксперимента и измерением. Ее свойства нельзя определить независимо от этих процессов. Если в подготовку вносятся корректировки, свойства частицы тоже меняются.

Но, если мы говорим о «частице» или какой-то другой наблюдаемой системе, мы, очевидно, уже имеем в виду некую самостоятельную физическую сущность, которую сначала готовим, а потом измеряем. Основная проблема наблюдения в атомной физике, по словам Генри Стаппа, состоит в том, что «наблюдаемая система должна быть изолированной, чтобы ее можно было определить, и в то же время взаимодействующей, чтобы ее можно было наблюдать»[119]. Квантовая теория решает эту проблему прагматично, требуя, чтобы наблюдаемая система была свободна от внешних воздействий, вызванных процессом наблюдения, на протяжении определенного времени между подготовкой и измерением. Выполнение этого условия возможно, если подготавливающие и измеряющие инструменты значительно удалены друг от друга физически, так чтобы объект мог переместиться из точки подготовки в точку измерения.

Насколько же большим должно быть пространство между приборами и объектом? В принципе бесконечно большим. В рамках квантовой теории понятие самостоятельной физической сущности может быть четко определено только при условии, что эта единица бесконечно удалена от средств наблюдения. На практике это, конечно, невозможно, да и не нужно. Нам не следует забывать об основном принципе современной науки: все ее понятия и теории приблизительны. Понятие самостоятельной физической сущности не обязательно должно быть определено четко, здесь допустима приблизительность. Вот как это делается.

Наблюдаемый объект — проявление взаимодействия между процессами подготовки и измерения. Как правило, оно сложное и порождает ряд эффектов, проявляющихся на различных расстояниях — на разных «дистанциях», как говорят физики. И если доминирующая часть взаимодействия характеризуется большой дистанцией, то его эффект распространится на дальнее расстояние. После этого оно будет свободно от внешних воздействий и сможет рассматриваться в качестве самостоятельной физической сущности. Поэтому в рамках квантовой теории физические сущности — идеализации, имеющие смысл лишь при том условии, что основная часть взаимодействия характеризуется длинной дистанцией. Такую ситуацию можно точно описать математически. Физически это означает следующее: измерительные приборы настолько далеко, что основное взаимодействие происходит путем обмена частицами или, в более сложных случаях, целой сетью частиц. Безусловно, помимо этого основного эффекта будут присутствовать и другие, но ими можно пренебречь в силу удаленности измерительных приборов. Только когда приборы удалены недостаточно, доминирующими становятся эффекты с короткой дистанцией. В этом случае вся макроскопическая система образует единое целое и понятие наблюдаемого объекта утрачивает смысл.

Квантовая теория свидетельствует о принципиальной взаимосвязанности всего во Вселенной. Она показывает, что нельзя разложить мир на независимые мельчайшие составляющие[120]. Углубляясь в материю, мы обнаруживаем, что она состоит из частиц, которые не похожи на «базовые строительные блоки» в понимании Демокрита и Ньютона. Это идеальные модели, удобные на практике, но лишенные фундаментального значения. По словам Нильса Бора, «изолированные материальные частицы — абстракции, а их свойства могут быть определены и наблюдаемы только в их взаимодействии с другими системами»[121].

Копенгагенская трактовка квантовой теории — не общепринятая. Было выдвинуто несколько альтернативных вариантов, и их философские проблемы еще далеки от решения. Но всеобщая взаимосвязанность вещей и событий — очевидно, неотъемлемое свойство мира атомов, которое не зависит от интерпретации математической теории. Нижеследующий отрывок из недавней публикации известного американского физика Дэвида Бома, одного из главных оппонентов копенгагенской трактовки, красноречиво свидетельствует об этом.

Итак, на уровне атома твердые материальные тела из классической физики превращаются в вероятностные модели, которые выражают вероятность не столько вещей, сколько взаимосвязей между ними. Квантовая теория заставляет нас взглянуть на мир не как на комплекс физических объектов, а как на сложную сеть взаимоотношений частей целого. Именно так всегда воспринимали мир восточные мистики. Высказывания некоторых из них по сути совпадают со словами физиков-атомщиков. Вот пара примеров.