Роберт Оппенгеймер и атомная бомба

Рузе Мишель

Оппенгеймер предостерегает от ошибок, к которым может привести общепринятое значение терминов, ошибок, часто допускаемых философами. Мир атомов не перестает объективно существовать. Но доступ в него мы получаем только при помощи макроскопических средств. Об атомных явлениях мы узнаем по вспышке лампы, по следу в камере Вильсона или дрожанию стрелок на циферблате. Уже сущность опыта предопределяет, что будем измерять, поскольку, естественно, невозможно измерять все сразу.

Оппенгеймер замечает, что описание квантовой физики можно продолжить и дальше. «Но слова становятся странными и неудобными, – говорит он, – они могут удивительно исказить то, что можно ясно изложить языком математики».

Остановимся на нескольких следствиях новой физики.

Поскольку механическая

причинность уступила место вероятностям, может произойти явление чрезвычайно маловероятное. Так, например, в массе звездной материи ядра с незначительной энергией могут случайно войти в контакт друг с другом и начать цепную реакцию. Это только гипотеза. Но захват блуждающих электронов ядром урана-235 объясняется тем фактом, что взаимодействия между частицами иногда возможны на расстояниях, которые определяются не их размерами (иначе говоря, не их положением в пространстве), а длиной их волны (вероятностью их присутствия). И в конце концов, как объясняет Оппенгеймер, само понятие идентичности частицы может быть поставлено под сомнение.

Пятая лекция разъясняет, обобщает и разграничивает применение принципа дополнительности. Уже своим заглавием «Недостаточность общепризнанных понятий» она оправдывает содержание всего сборника и представляет собой своего рода заключение. Философские и литературные рассуждения, которые в ней содержатся, в меньшей степени носят отпечаток научной строгости, чем предыдущие лекции. Но от этого они становятся лишь богаче и дают нам более глубокое представление об интеллекте автора, о его Weltanschauung [11] .

11

Мировоззрение (нем.).

Любое творение человека, любое его дело неизбежно носит временный, преходящий характер. И само человечество когда-нибудь исчезнет. Но тем не менее, какова бы ни была религиозная вера (или неверие), никто не может жить, удовлетворившись этой истиной. «Деятельность человека, его мысли, то, что окружает его в мире: падение листика, шутка ребенка, восход луны, – являются не только историческими фактами, элементами эволюции, элементами неизбежного будущего; равным образом они представляют собой часть вневременного мира, часть света вечности».

Эти два подхода к реальному миру – исторический и вневременной – невозможно связать воедино, их можно считать взаимодополняющими, примерно так же как в ядерной физике понятия положение частицы и ее энергия.

Оппенгеймер упорно возвращается к мысли, что невозможно наблюдать одновременно и энергию данной атомной системы и ее положение в пространстве. Причем это ни в коем случае не объясняется недостаточностью средств наблюдения. Если бы это было так, то ученые могли бы, например, измерив положение данного электрона, попытаться предсказать его поведение на основе законов ньютоновской механики как нечто среднее для всех электронов, занимающих аналогичное положение и обладающих различными неизмеренными энергиями. Однако такие расчеты приводят к результатам, не соответствующим данным опытов. Основная причина этого состоит в том, что волны, присущие весьма малым частицам, взаимно интерферируют между собой, – явление, с которым не приходится считаться классической механике крупных тел. Мы должны освободиться от мысли, укоренившейся в нас в связи с привычкой повседневного опыта, будто положение электрона и его энергия являются сосуществующими факторами и если один из них известен, другой также можно определить. Любая попытка определить один из факторов сокращает возможность познания второго. Состояние атомной системы зависит от способа наблюдения. Кодифицируя отдельные характеристики системы, наблюдатель делает другие ее характеристики неопределяемыми уже одним тем фактом, что он воздействует на них. И эти воздействия нельзя измерить, не потеряв возможность измерить те характеристики, ради определения которых ставился данный опыт.

Состояние материи определяется характером наблюдений, однако не следует впадать в ошибку и считать материю существующей

лишь субъективно. Наоборот, материя имеет реально объективный характер, раз ее состояние можно определить при помощи количественных измерений, раз это состояние можно воспроизвести опытным путем. Просто ее нельзя описать при помощи терминологии классической механики. Объективная реальность микрофизического мира не может проявиться вне зависимости от средства, избранного для его наблюдения; и в зависимости от этого выбора удается определить ту или иную черту его объективного существования, но не ту и другую вместе, если они являются взаимодополняющими.

Общепринятый, привычный смысл недостаточен здесь потому, что выработанные им концепции относились к познанию только мира крупных тел. Мы продолжаем пользоваться этими концепциями во время опытов, когда, например, наблюдаем за перемещением стрелки по циферблату; стрелка и циферблат принадлежат к макрофизическому миру, в котором неопределенность микрофизического мира играет совсем незначительную роль.

Поэтому не следует думать, что общепринятый смысл вещей не соответствует действительности лишь на основании того, что его основным постулатом является положение: все предметы имеют поддающиеся определению координаты и скорость. Но это наследство понятий неприменимо к микро-физическому миру, который открывает современная наука. Оппенгеймер несколькими словами разрушает здесь метафизические обобщения философов, которые, опираясь на уравнения Гейзенберга, пытались построить гипотезу свободы воли человека.

Попутно отметим, что эти положения Оппенгеймера, строго соответствующие теории квантовой механики, не принимались безоговорочно всеми физиками. Великий Эйнштейн лишь с неприязнью, если так можно выразиться, борясь за каждую уступку, соглашался с мыслью, что явления физической природы могут носить апричинный характер и быть по сути своей непредвиденными. В глубине души он сохранял надежду и даже убежденность, что принцип неопределенности, введенный в современную физику, носит временный характер, что настанет день, когда более совершенные знания устранят его. Сам Оппенгеймер подчеркивает отрицательное отношение Эйнштейна к этому принципу в предисловии, написанном им к биографическому справочнику «Евреи в мировой науке», в котором он высказывает чувство взволнованного почтения к творцу теории относительности. В свою очередь, Луи де Бройль, отец волновой механики, ставит под сомнение принцип неопределенности и поощряет теоретические исследования молодых ученых, пытающихся восстановить единство понятия элементарной частицы или выявить причинность микрофизических явлений.

Но вернемся к Оппенгеймеру. Осудив метафизическую спекуляцию на принципе дополнительности, он пытается, прибегая к аналогиям, позаимствованным из других отраслей науки, разъяснить этот принцип – трудный для слушателя, воспитанного на понятиях повседневного опыта. Возьмем понятие температуры в том виде, как его дает кинетическая теория газов: температура газа – это средняя энергия молекул, которые перемещаются внутри него во всех направлениях, а давление газа – средняя величина ударов молекул газа о стенки заключающего его сосуда. Во всех этих понятиях поведение молекул учитывается статистически. Если взять молекулу в отдельности, то она обладает энергией, отличной от энергии других молекул, и мы можем изучать каждую молекулу в отдельности с ее запасом кинетической энергии (предположим, что это технически осуществимо). Таким образом, газообразное состояние вещества может рассматриваться в двух различных взаимодополняющих аспектах.

Аналогия с принципом взаимодополнительности микрофизического мира будет еще полнее в такой отрасли науки, как биология. Точно так же, как ученый-атомник не может наблюдать отдельные явления, не изменяя их, нельзя изучать некоторые биологические процессы, например распределение генов во время митоза, не оказывая, влияния на ход этого процесса.

Мы можем охватить в целом весь комплекс явлений сознательной жизни – мысли, стремления, – но несмотря на прогресс физиологии высшей нервной деятельности, сомнительно, по Оппенгеймеру, чтобы мы могли когда-нибудь описать эти процессы при помощи физико-химических терминов.