Читать книгу Философия и теория «Единого поля Вселенной» - Михаил Стефанович Галисламов - Страница 10

Тепловая радиация, падающая на тело, частично поглощается, остальное уходит в направлениях, определяемых законами отражения и преломления. Нагретые тела излучают электромагнитные волны. Излучение света происходит в результате переходов атомов и молекул из состояний с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Произведенные в XIX веке исследования зависимости интегральной лучеиспускательной способности нагретых тел от температуры, приводили к противоречивым результатам. Излучение определяется не только температурой, но также составом тела и физическими свойствами излучающей поверхности. Все тепловые лучи при их распространении подчиняются закономерностям световых лучей. Кирхгоф провел исследования химического состава солнечной атмосферы. По его результатам ученый пришел к выводу: для излучения одной и той же длины волны при одинаковой температуре отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности для всех тел одно [75]. Если температуру тела поднимать все выше, то появляются новые лучи с меньшей длиной волны, возникают новые лучи с длиной волны, соответствующие величине температуры. При этом интенсивность лучей с большими длинами волн растет. Отсюда следует, если температуру тел, постепенно повышать, то при одной и той же температуре они начинают испускать лучи одной длины волны [76]. Интенсивность лучей определенной длины волны, испускаемых различными телами при той же температуре, может быть различной; она пропорциональна поглощательной способности тел для лучей данной длины волны. Законы абсолютно черного тела устанавливают энергетическую зависимость излучения от частоты и температуры. Интегральная излучательная способность (энергетическая светимость) абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры [20, с. 724]. Закон, получивший название Стефана – Болъцмана, записывается в виде [34, с. 692]:

u = kT⁴, (1.7)

где k = 5,67 ⋅ 10^—8 вт/м² ⋅ град⁴ – универсальная постоянная Стефана – Болъцмана.

Черное излучение эквивалентно излучению системы бесконечно большого числа не взаимодействующих друг с другом гармонических осцилляторов, называемых радиационными осцилляторами. Квантовая теория своим возникновением обязана неспособности классической теории объяснить результаты термодинамических экспериментов. Речь идет о распределения энергии в спектре испускания черных тел, которое, согласно закону Кирхгофа, не зависит от природы излучающего вещества. Лорд Рэлей (Д. У. Стретт) и Д. Х. Джинс применили к равновесному излучению в полости теорему статистической механики о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Записав энергию равновесного излучения в полости абсолютно черного тела в интервале частот спектра от ν до ν+dν, получили [20, с. 734] формулу:

u_ν = kТν²/π²с³, (2.7)

где с – скорость света в вакууме; ν – частота колебаний волн электромагнитных излучений.

В области больших частот теория приводит к расхождению с опытом. В экспериментах равновесие между излучением и излучающим телом устанавливается при конечных значениях u_ν [20, с. 736]. Интегральная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела с увеличением частоты достигает максимума энергии, в последующем происходит ее спад [34, с. 692]. По формуле Рэлея – Джинса (2.7) с увеличением частоты (ν) энергия u_ν монотонно возрастает. В случае ν → ∞, вместо конечных значений получаем бесконечную интегральную плотность энергии (u_ν → ∞). Это разногласие между теорией и опытом Эренфест П. С. назвал «ультрафиолетовой катастрофой» [77].

Несоответствие теории экспериментам, очевидно, вызвано закономерностями, которые не учтены физиками. Классическая теория теплоемкости показывает на опыте, что она правильно описывает определенный круг явлений. Однако многие явления она не объясняет. Опытные факты приводят к заключению, что явления протекают всегда так, что эффективный вклад в теплоемкость вносят не все, а только некоторые степени свободы. При понижении температуры некоторые степени свободы становятся малоэффективными и совсем исчезают. Все происходит так, будто у молекул по мере охлаждения теряются степени свободы. С повышением температуры начинают проявляться новые степени свободы, которые ранее были малоэффективны. Расхождения классической теории с опытом при низких температурах проявляются особенно резко [78]. Экспериментально установлен факт, что при температуре абсолютного нуля удельные теплоемкости С_V и С_Р всех тел стремятся к нулю. Это значит, что классический закон равномерного распределения кинетической энергии по степеням свободы требует уточнения.

Классическая теория рассматривает атом одноатомного газа как материальную точку с тремя степенями свободы, этим достигает известного согласия с опытом. Если принять атом твердым телом, то получится шесть степеней свободы – три поступательные и три вращательные. По теореме о равномерном распределении кинетической энергии все степени свободы равноправны, фактически число полных степеней свободы шесть. По непонятным причинам атомные системы приближенно ведут себя как макроскопические модели с наложенными связями. Явления протекают так, что эффективный вклад в теплоемкость вносят не все, а только некоторые степени свободы. При повышении температуры начинают проявляться все новые и новые степени свободы, которые ранее были малоэффективны. Изменение состояния физической системы в теории считалось ранее непрерывным. При рассмотрении линейчатых спектров атомов и дифракции электронов возникли трудности. М. Планк пришел к радикальной идее: множество состояний, в которых может находиться колеблющаяся излучающая система, является дискретным, счетным, а различие между двумя такими состояниями характеризуется одной универсальной постоянной, элементарным квантом действия [79]. С признанием новой парадигмы были разорваны отношения с прежними воззрениями. Со временем возникли расхождения (так посчитали ученые), связанные со стационарными орбитами электронов – они противоречат законам классической механики. В данном месте физики могли принципиально решить вопрос: теория неверна потому, что модель атома, предложенная Бором – не верна. Но академики пошли другим путем. «Выход» нашел В. Гейзенберг: он отказался от детального описания движений электронов по классическим законам, введя в теоретическое рассмотрение лишь непосредственно наблюдаемые величины.

Потребность в новой теории возникла тогда, когда спектральная плотность энергии излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны. Занимаясь исследованием проблемы спектрального распределения интенсивности излучения, М. Планк пришел к заключению: процесс носит дискретный характер, обмен энергией между веществом и излучением происходит определенными порциями. В 1900 г. Планк эмпирическим путем получил свою формулу, которая хорошо согласовалась с экспериментальными данными и сводилась к формуле Вина при малых длинах волн и к формуле Рэлея при больших. В 1901 году, вводя понятие кванта энергии, немецкий физик подвел под нее теоретическую основу [80]. Дискретность ученый связывал со свойствами вещества, представленного в виде ансамбля элементарных осцилляторов, энергия которых может принимать значения кратные минимальной величине – кванту. О новой формуле излучения Планк доложил Берлинскому физическому обществу 19 октября 1900 года. Он предложил считать превращение колебательной энергии в энергию излучения линейного гармонического осциллятора, не так как в классической теории, а вполне определенными дискретными порциями, происходящими прерывно. Количество энергии (Е), которое мог излучать или поглощать осциллятор, должно удовлетворять соотношению (2.3):

Е = hν,

где универсальная константа (h = 6,625 ⋅ 10 ^—34 дж ⋅ сек) – «элементарный квант действия», с размерностью энергия умноженной на время [34, с. 695].

В теорию вводят понятие кванта энергии. Планк подвел под формулу теоретическую основу. Согласно представлению немецкого ученого, испускание и поглощение излучения с частотой ν происходит при переходе осциллятора в соседнее состояние, расположенное соответственно либо ниже, либо выше исходной частоты. Задумавшись, что получится, если не производить предельный переход (ε → 0), Планк вышел на закономерность, которая привела к серьезным изменениям в физике. В первых работах Планк обещал не нарушать философские принципы. Достаточно быстро изменил классической механике и электродинамике. Ученый решил, что соблюдать закон непрерывности не рационально и отказался в пользу «квантовых скачков». Фундаментальный принцип Планк счел формальным, поскольку «Маховский принцип непрерывности не дает ничего взамен, так как непрерывность не есть постоянство» [81].

Выступая в 1911 г. с докладом на I Сольвеевском конгрессе по физике в Брюсселе, Планк признал недостатки теории: теоретическое убывание температуры до абсолютного нуля, не приближает энергию осциллятора к нулю, она остается равной hν/2. Явления, связанные с квантом действия, и те, что по законам классической динамики протекают непрерывно – принципиально противоположны. Не отрицая электродинамики, ученый апеллировал к направленности квантовой теории: гипотеза «не об энергии, а о действии». Предположил компромисс: молекулы и свободные электроны движутся по законам классической динамики, а атомы и электроны внутри молекул следуют квантовой теории; физические силы, (гравитационные, электрические и магнитные) «действуют непрерывно, а химические силы – квантами. Во время дискуссии В. Вин высказал замечание о гипотезе Планка: «Планковскому осциллятору недостает одного важного свойства реальных молекул, а именно способности менять длину волны излучения; без этого свойства было бы невозможно равновесие излучения. Наоборот, связанные резонаторы различной частоты могут произвести нужное изменение длины волны излучения» [82]. Подобные резонаторы в вычислениях Планка не учитываются. Вин сомневается, что между излучением и плотностью энергии получилось бы фундаментальное соотношение, если их ввести. Пуанкаре указал на ограниченность гипотезы зависимостью всего одной степенью свободы. Планк согласился: «Для нескольких степеней свободы квантовая гипотеза еще не сформулирована». Чтобы избежать однозначного выбора между квантовыми явлениями и электромагнитной теорией Максвелла, Планк отказывается от своего прежнего мнения относительно поглощения и испускания. Он предложил компромиссную гипотезу: поглощение происходит непрерывно, а испускание – дискретно. Пуанкаре не лестно отзывается о теории Планка: «Некая гипотеза возникла впервые у Планка, но она оказалась столь странной, что стремилась найти любые способы, чтобы от нее избавиться. Эти способы пока ничего не дали» [83]. Неприятие теории учеными вызвано тем, что энергия излучателей изменялась резкими скачками; физические явления не подчинялись законам, которые можно было выразить с помощью дифференциальных уравнений.

В толковании излучения с большим числом резонаторов [84] Пуанкаре усмотрел в рассуждениях Планка ошибку. Каждый из таких резонаторов имеет собственный единственный период и излучает строго монохроматический свет. Вследствие обмена энергией, между этими резонаторами устанавливается распределение энергии в спектре излученной энергии. Гипотеза Планка предполагает, что такие обмены энергией возможны, хотя каждый резонатор может поглощать или излучать только свет данного цвета. Теория квантов не допускает, что имеется прямое воздействие одного резонатора на другой. Один из резонаторов может получать энергию только кратным какому-то кванту. Пуанкаре считал вероятным, что между резонаторами должны двигаться материальные атомы, которые, сталкиваясь с резонаторами, могут передать им, или забирать у них, часть энергии. Обмен при этом должен осуществляться через вещество, но гипотеза Планка не допускает возможность движения резонаторов и механического обмена энергии через вещество.

В 1914 г. в теории Планка обозначился дрейф к позициям классической физики. Он развивает новую гипотезу, согласно которой испускание, так же как поглощение излучения осциллятором, есть процесс непрерывный. Квантовая прерывность, согласно этой теории, имеет место только при обмене энергии при столкновении осциллятора со свободными частицами вещества. Расчеты показали [85], что картина стационарных состояний твердого электрического диполя, ведет к противоречию с экспериментом, полученным согласно классической электродинамике. Планк вынужден был отказаться от этой теории в 1915 году.

Теория относительности А. Эйнштейна, квантовая механика, созданная М. Планком, М. Борном, В. Гейзенбергом, Э. Шредингером ознаменовали не просто этап в развитии физики, но и смену научной парадигмы. В докладе, прочитанном 18 февраля 1929 года в Физическом институте Лейденского университета, Планк рассказал слушателям о назревших противоречиях между новой и классической теорией. По его мнению, не имеет никакого смысла говорить об энергии в определенной точке в духе классической теории, т. к. «в значении энергии всегда содержится некоторый произвол». Он обращает внимание на частоту (локальную величину), которая имеет определенный смысл для отдельной точки, вне зависимости от того, идет ли речь о механическом колебании, или электрическом, либо магнитном. Планк принимает энергию эквивалентной частоте (Е = hν). В некотором смысле произвольная энергия «всегда должна равняться локальной частоте!» [86], хотя энергия – величина аддитивная. Понимая, что эти понятия несовместимы, Планк нашел выход из создавшейся ситуации: «… необходимо сделать фундаментальный шаг, означающий фактический разрыв с представлениями, которые классическая физика всегда рассматривала как сами собой разумеющиеся и которыми она пользовалась». Объявлена новая парадигма: энергия пропорциональна локальной частоте.

Не прошло и года, от кажущихся достижений наступило разочарование. На публичном собрании общества содействия немецкой науке в Дрездене 2 декабря 1929 года Планк признал наличие трудностей в современной физике. Наука, которая, казалось, находится на пути к объяснению всех физических явлений, не приблизилась к пониманию строения атома и происходящих в нем процессов на основе механики и электродинамики. Не оправдалась мысль, что остававшиеся различия, удастся каким-то образом позже объяснить. Ничего нельзя было сказать о взаимодействии электронов, которые должны были сильно отталкиваться; о периоде их обращения вокруг ядра; о месте, в котором они находятся в разные моменты времени. Ни одну из названных величин нельзя было измерить ни прямо, ни косвенно. Ученый озабочен тем, что теория в этом направлении не продвинулись ни на шаг. Свое выступление Планк закончил заявлением: «Отдельные отрывки из новой физики, которые я сегодня смог изложить, должны были показать вам, с какими глубокими проблемами сегодня встречается эта наука» [5].

Исследования свидетельствовали о необходимости адекватного представления природы электрона. За объективной оценкой развития физической науки не последовало реальных действий, устраняющих первопричину затруднений. Планк предполагает, что посредством квантового постулата динамика оказывается связанной с кинематикой; постулат дополняет и обогащает классическую теорию. Теоретик горделиво заявляет, что выдающиеся физики, склонны под влиянием обстоятельств пожертвовать принципом причинности, а он – «категорически против». Планк когда-то был убежден, если подобный шаг действительно необходимо совершить, тогда физическое исследование значительно затруднится. Все-таки развитие теория пошло в направлении, не отвечающем воззрениям классической физики. На пороге драмы, нависшей над фундаментальной наукой, немецкий физик восклицает: «Именно экспериментальные факты расшатали классическую теорию и привели ее к падению» [86]. Детерминизм для ученого потерял актуальность. Приходится сомневаться в научной принципиальности и философской последовательности Планка. Привычка оценивать результаты опытов, через призму умозрительных закономерностей, похоронит в ученом способность объективно оценивать физические процессы. Ему не суждено было понять, что природа континуума охватывает линейку от бесконечно малых до бесконечно больших величин. Ученые, вставшие на путь развития лженауки, надсмеялись над классической физикой и отлучили ее от участия в развитии теории элементарных частиц.

Планк затратил немало сил на создание метода, который имеет мало прав называться законным. Необычная идея выделяется своей новизной, иногда кажется, что ее автор гениален. Гегель говорил: «… выдумка считается тем оригинальнее и замечательнее, чем более она безвкусна и безумна, потому что именно этим она в большинстве случаев доказывает своеобразие и отличие от мыслей других людей» [87]. Несмотря на достижения, в научной концепции гипотезы квантов от рождения присутствует порок. Прежние теории опирались на некую непрерывную среду. Планк от нее отказался, предположив, что дискретность не связана с каким-то особым механизмом взаимодействия излучения с веществом, а присуща самому электромагнитному излучению. Это заблуждение оказалось привлекательным из-за неспособности отличить природу электромагнитных колебаний от природы света.

Изучение элементарных частиц и их взаимодействий привело к парадоксальному выводу: почти все частицы, даже не имеющие электрического заряда, например, нейтроны, – обладают внутренним магнитным моментом (спином). В 1921 г. американский физик А. Комптон выдвинул гипотезу о наличии спина у электронов. Он высказал мысль, что электрон вращается «подобно миниатюрному гироскопу». Идея вначале не получила поддержки ученых. Требовалось согласование теории с новым представлением о природе электрона. В 1925 году С. Гаудсмит и Д. Уленбек опубликовали гипотезу о том, что электрон имеет спин. Для решения проблемы спина, была придумана очередная «закономерность». Молодые ученые предположили, что отдельный электрон является носителем магнитного момента (m) и соответствующего механического момента импульса (S). Момент количества движения и магнитный момент электрона, связанны с перемещением этой частицы по орбите. Особенность гипотезы состоит в том, что электрон вращается вокруг своей оси и имеет внутренний механический момент количества движения. Посчитали, что спин связан с вращательным движением электрона вокруг своей оси. В дальнейшем установили: предположение о таком движении частицы не соответствует действительности, т. к. электроны обладают внутренним угловым моментом (спином), не связанным с движением электрона по орбите [88, с. 212]. Описывая методику проведения экспериментов с целью определения g—фактора электрона, в статье [89] признают: «… не могли даже представить себе, что семнадцатью годами позже мы все еще будем продолжать эти эксперименты». Теоретики еще не придумали какой-либо модели и образа движения, рождающего спин. Автор статьи X. Р. Крейн, как и другие ученые, не знает, что вызывает изменение ориентация электрона относительно траектории орбитального движения. Уленбек и Гаудсмит создали виртуальную реальность. После чего В. Гейзенберг и П. Иордан анализируют ее как гипотезу, и находят в ней подтверждение квантовой механике. Ученые удивительно беспечно изменили в конструкции атома еще одно свойство – заставили электрон вращаться вокруг своей оси. Обязательность электромагнитного излучения при вращении электронов обсуждению не подлежала.

Используя модель атома, ученые провели вычисление возмущений и анализ квантово-механических свойств. Проведенные расчеты показали, что гипотеза Уленбека—Гоудсмита позволяет качественно описывать эффект Зеемана и пропорции интервалов в согласии с экспериментом. Расщепления магнитных дублетов согласуются с формулой тонкой структуры Зоммерфельда. В работе [90] авторы утверждают, что по законам квантовой механики в атомных системах, состоящих из точечных зарядов, всегда наблюдается аномальный эффект Зеемана. На вопрос, насколько новая теория свободна от произвола, отвечают: «… мы еще не можем дать ответа, все же результаты проведенных нами вычислений можно рассматривать как важное подтверждение с одной стороны гипотезы Комптона—Уленбека—Гаудсмита, а с другой стороны – квантовой механики». Подтверждение опытом – требование, необходимое для обоснования теории, перестало действовать в квантовой механике. Защищая свою позицию, Гейзенберг обронил мысль, что они применяли в квантовой теории такие понятия, которые не могут быть логически оправданы и в известной степени не имеют смысла, поскольку «Абсолютное выполнение требования строгой логической ясности, вероятно, не имеет места ни в одной науке» [61]. Гейзенберг признает: противоречия, возникшие в квантовой теории, становятся вопиющими; если проблему строения атома не решить, то никакой прогресс невозможен. В критической ситуации, он вспомнил слова Эйнштейна: физическая теория должна содержать те величины, которые поддаются непосредственному наблюдению. Интересен дальнейший ход мысли немецкого ученого. С точки зрения современной физики слова, имеющие смысл «координата» и «скорость» электрона, не являются таковыми на основании соотношения неопределенностей. Они имеют смысл в отношении механики Ньютона, но не в отношении к природе. Исходя из этого принципа, Гейзенберг вооружился идеей, что нельзя пользоваться не наблюдаемыми величинами (такими, как частоты и размеры электронных орбит).

Понятие траектории не должно зависеть от величины пространства, в котором происходит движение электронов. В беседе с Эйнштейном Гейзенбергу был поставлен вопрос о философии обоснования квантовой механики. Путь электрона наблюдается в камере Вильсона, но в математическом описании Гейзенберга нет траектории электрона внутри атома. Оправдание Гейзенбергом ввода в теорию только наблюдаемых величин, Эйнштейн возразил: любая теория обязательно содержит и ненаблюдаемые величины. Гейзенберг парировал: он применил его философию, положенную в основу специальной теории относительности. Ответ не заставил ждать: «Может быть, раньше я использовал и даже формулировал такую философию, но все равно она бессмысленна» [62].

Раздумывая о «гейзенберговском» формализме, М. Борн, обнаружил, что он идентичен матричному исчислению, хорошо известному математикам. Заменив дифференциальные операции конечно-разностными, содержащими постоянную Планка, П. Иордан и М. Борн получили обнадеживающие результаты, относящиеся к радиационной формуле и по другим вопросам. Гейзенбергом, Борном, Йорданом была развернута квантовая теория, которая, по их мнению, выглядела «столь убедительно, что, собственно, в ее правильности уже нельзя сомневаться» [67]. Реформаторы физики опубликовали вариант квантовой теории, получивший название матричной механики, которая описывала квантовые явления с помощью таблиц наблюдаемых величин. Эти таблицы представляют собой упорядоченные определенным образом математические множества, называемые матрицами, над которыми по известным правилам можно производить различные математические операции. О финале этой истории М. Борн напишет: «В сотрудничестве с П. Иорданом нами были установлены простейшие свойства „матричной механики“; затем мы втроем систематически развили эту теорию» [91].

Нобелевский лауреат Ю. Швингер разочарован математической и чрезмерно умозрительной теорией S—матриц, с ее математической непоследовательностью и слишком опосредованной связью с физикой. По мнению Шредингера, одним из важных вопросов устройства атома является вопрос о связи между динамическими явлениями в атоме и электромагнитным полем. Теоретик утверждает, что матричное представление атомной динамики приводит к предположению, что возможна математическая формулировка упомянутой выше связи. Электромагнитное поле должно быть представлено иначе, чем обычно, а именно с помощью матриц. Волновая же механика показывает, что эта связь всегда может быть установлена без какого бы то ни было насилия [92]. Теория Гейзенберга связывает решение задачи квантовой механики с решением системы бесконечного числа алгебраических уравнений, в которых неизвестные – бесконечные матрицы. Они соответствуют классическим координатам и импульсам механических систем и функциям от них, подчиняясь специфическим вычислительным правилам: одной координате, одному импульсу, одной функции соответствует по одной бесконечной матрице. Матричная механика позволила достичь согласия с экспериментальными данными, но в отличие от волновой механики не содержала никаких конкретных ссылок на пространственные координаты или время. Сосредоточившись на экспериментах с элементарными частицами, теоретики надеялась получить ответы на сложные научные вопросы, но ожидаемый эффект достигнут не был. Причину беспомощности естествознания Э. Шредингер находит в сложностях квантовой теории. Он назвал ее злой крестной матерью и требовал изгнать ее из науки [93]. По мнению австрийского ученого, атомизм долгое время противостоял и служил мощной преградой проникновению лженауки. Этим он объясняет успешность и долговечность теории атома. Гейзенберг настаивал на отказе от каких-либо простых наглядных представлений или моделей в пользу только таких свойств, которые могли быть определены из эксперимента. Новая научная парадигма родилась тогда, когда знание подошло к точке бифуркации. Отвечая на статистические вопросы, квантовая механика ничего не может сказать о ходе индивидуальных процессов.

Планк и его последователи воспользовались трудностями в описании устройства микромира и внедрили чуждые классической физике представления. Мотив незамысловатый: если гипотезу кванта сочтут полезной, то она автоматически признается ценной для науки, независимо от ее достоверности. Для обоснования своей модели Планк подменяет понятия: значение научной идеи коренится не в истинности ее содержания, а в ее ценности [6]. Формулировка содержит два момента – пренебрежение философией и меркантильный интерес. Обман целенаправленно насаждается в сознание общества. Создание привлекательного образа не точной теории, обязано в значительной мере математическим ухищрениям. Усердное проталкивание Планком критерия минимального уровня значения энергии, пропорционального частоте излучения, в будущем направит развитие естествознания по ложному пути.

Привлекая под свое крыло молодых и талантливых ученых, искавших славы, но мало искушенных в философии, датский физик создал фабрику по разработке и внедрению псевдонаучных идей. Тщеславие побуждало Бора и сподвижников, примкнувших к нему, подминать истину и создавать ложные гипотезы. Ученые, связанные с Бором, могли расширить границы познания, но соблазнились временным успехом. Честолюбивые люди искажали истину, использовали ситуацию и двигались к незаслуженному успеху. Они растратили свое дарование на подгонку доказательств теории средствами квантовой механики. Имена вчерашних идеологов квантовой теории, формировавших ложных достижения, забудут быстро.

Профессор Колумбийского университета Брайан Грин констатирует, что общая теория относительности, по-видимому, на фундаментальном уровне несовместима с другой чрезвычайно тщательно проверенной теорией – квантовой механикой [94]. Критикуя методологию теоретической физики, В. А. Ацюковский указывает на действие в ней двух течений: одна часть специалистов считает, что задача теоретической физики состоит в том, чтобы вернуться к наглядному описанию, другая часть – что надо отказаться от каких-либо аналогий с макро реальностью, отказаться от наглядности и интуитивно понятных моделей. Ученый видит кризис, возникший в физической науке, причина которого находилась в философской установке: допустимость произвола в выборе исходных физических инвариантов. При создании теорий постулируются исходные положения, признают первичность математического описания по отношению к физическому содержанию [95, с. 38]. По мнению авторов работы [96], такая методология завела физику в тупик.

Индетерминизм в физике – концепция, согласно которой фундаментальные законы природы имеют вероятностный характер, а случай является более закономерной сущностью природы по отношению к необходимости. Одно из направлений квантовой теории было связано с «принципом соответствия». Устанавливая аналогию между классической и квантовой теорией, «находчивость» проявили Н. Бор, Г. Крамерс и Дж. Слеттер. Используя принцип соответствия и понятие волны вероятности, они попытались устранить противоречия, имеющиеся в квантовой теории. Хитрость идеи заключалась в истолковании электромагнитных волн не как реальных, а как волн вероятности, интенсивность которых в каждой точке определяет, с какой вероятностью в данном месте может излучаться и поглощаться атомом квант света [97]. Постулат допускал, что законы сохранения энергии и динамических переменных в каждом отдельном случае могут выполняться, подчиняясь законам статистики и вероятности. В работе подчеркивали «виртуальный» характер поля излучения, которое при современном состоянии науки является «необходимым» для адекватного описания атомных явлений. «Необходимость» – стандартная формулировка теоретиков, утверждающих «новые» истины.

Классическая электродинамика рассматривает непрерывное электромагнитное поле. В квантовой электродинамике взаимодействие заряженных частиц с электромагнитным излучением рассматривается как поглощение и испускание частицами фотонов. В основе лежит представление, что свойства электромагнитного поля прерывные (дискретные). Для внедрения ложных идей в массы требуются выполнить обязательную работу: во-первых, доказать их состоятельность; во-вторых, добиться признания того, что они утверждают. Когда Бор обратил внимание на квантовую теорию, он первым делом пригласил к себе в ассистенты В. Паули и В. Гейзенберга. Студенту четвертого семестра В. Гейзенбергу летом 1922 года Зоммерфельд помог с поездкой в Геттинген, чтобы тот послушать цикл лекций Бора. На одной из лекций Гейзенберг обратил на себя внимание лектора замечанием о воздействии излучения на атом. В частных беседах с Бором, последовавших затем, Гейзенберг пытался осмыслить роль атомной физики и понять задачи, которые решает наука. Во время прогулок с датским физиком у Гейзенберга сформировалось мировоззрение: в науке всегда можно решить, что правильно и что ложно, поскольку она имеет дело не с верой, мировоззрением или гипотезой, а правильными или неправильными утверждениями [97]. Причем, вопрос о том, что правильно и что неправильно, решает природа (Бог), но не люди. Мало значат мнения других ученых.

Защитив ученую степень доктора наук в Мюнхене, Гейзенберг по рекомендации Бора в 1924 г. стал стипендиатом Фонда Рокфеллера и переехал в институт Копенгагена на Блегдамсвее. В Дании он познакомился с молодыми людьми самых различных национальностей (англичане, американцы, шведы, норвежцы, датчане, японцы) работавшими над одной и той же проблемой – атомной теорией Бора. Центры физиков-атомщиков в Геттингене, Копенгагене и Кембридже работали под руководством Д. Франка, М. Борна, В. Паули. Летом 1925 г. Гейзенберг приехал в Кембридж, в лабораторию физика П. Л. Капицы, и там сделал сообщение о своей работе небольшому кругу теоретиков. Среди присутствующих находился молодой студент двадцати трех лет – это был Дирак, который взялся за проблему и в течение нескольких месяцев разработал законченную квантовую теорию атомной оболочки. Известно, что обычно скорость принятия решения и качество находятся в обратно пропорциональной зависимости. Физики используют перенормировку, когда в теории появляются выражения, не имеющие определенного математического смысла. Всякий владеющий этим техническим приемом, понятным для узкого круга специалистов, может нам показаться непререкаемым авторитетом. Квантовая теория продемонстрировала иллюзорность представлений, положенных Гейзенбергом в основу микромира. Метод, как бы научный, производит впечатление видимостью эрудиции, но представляет собой не что иное, как систематическую подмену физических явлений математическими функциями.

Один из создателей современного варианта квантовой теории Р. Фейнман находит, что квантовая электродинамика совершенно абсурдно описывает Природу. По мнению Р. Фейнмана «Уловка, при помощи которой физики находили n и j, имеет специальное название – «перенормировка», он называет ее приемом, рассчитанным на глупцов. Необходимость прибегнуть к такому методу не позволила доказать ученым математическую самосогласованность квантовой электродинамики. Американский ученый подозревает, что перенормировка математически незаконна. Процедуру устранения расходимости в классе теорий, называемых «перенормируемыми», и как проводить конкретные расчеты Фейнман, Швингер и Томонага придумали независимо друг от друга. За это они получили Нобелевскую премию. Фейнман утверждает, что у физиков нет хорошего математического аппарата для описания квантовой электродинамики [68, с. 114].

В области квантовых процессов предполагается прерывность изменения состояний, что вызывает затруднения с причинно-следственной связью. Н. Бор признается, что принцип причинности был отброшен под давлением обстоятельств. Теоретик столкнулся с закономерностями, не поддающимися детерминистскому анализу, относительно атомных частиц [98]. Чтобы обойти несоответствие фундаментальному философскому принципу «непрерывности», отцы-основатели квантовой теории решили вообще им пренебречь. Отражать картину внутреннего мира атома возложили на математические множества и операторы. Происходящее становится абстрактным, в физике теряется наглядность. Использование вероятности для исследования процессов микромира, лишило смысл понятия «что есть в данный момент физическое тело».

В последние годы жизни Эйнштейна его отношение к гипотезе Планка было отрицательным. Он считал неудовлетворительным интерпретацию «пси-функции» этой теории и заявил: «Во всяком случае, в основе моего понимания лежит положение, решительно отвергаемое наиболее крупными современными теоретиками. Существует нечто вроде „реального состояния“ физической системы, существующей объективно, независимо от какого бы то ни было наблюдения или измерения, которое в принципе можно описать с помощью имеющихся в физике средств» [9]. После работ Гейзенберга стало проблематичным понятие «физической реальности». Возник вопрос: что же собственно пытается описывать теоретическая физика (с помощью квантовой механики) и к чему относятся открываемые ею закономерности? В квантовой механике, претендующей на описание реального движения макроскопических тел, Эйнштейну не нравилось ограничение точности, которую давала классическая механика. Чтобы найти ответ, ученый решил посмотреть, что говорит квантовая механика о таких объектах, которые можно «воспринимать непосредственно». Макросистемы и законы, управляющие ими, описываются классической физикой с большой точностью. Единственной приемлемой интерпретацией уравнения Шредингера, по мнению Эйнштейна, является статистическая интерпретация, данная Борном. Но и она не описывает реального состояния отдельной системы, а только позволяет делать статистические высказывания об ансамблях систем [99]. Эйнштейн утверждает: физика должна стремиться к объективному описанию реального состояния отдельной системы.

Обладатели аналитического ума, выдающиеся теоретики – Р. Ч. Фейнман и Э. Шредингер стоят особняком в ряду создателей квантовой механики. Интересы последнего простираются далеко за пределы физической теории. Он точно следует выбранной им философской позиции. Достижения квантовой механики его больше удивляют, чем впечатляют. Он не навязчиво раскрывает ущербность гипотезы Гейзенберга—Борна—Иордана, описывающей физические явления: «Луч или траектория частицы отвечает продольной связи процесса распространения (т. е. в направлении распространения), волновая же поверхность соответствует поперечной связи, т. е. перпендикулярно к направлению. Оба способа связи, без сомнения, являются реальными: один доказывается фотографиями Вильсона, другой – интерференционными опытами» [100]. Теория Бора, отмеченная успехами, имела существенный дефект. Решения, применяемые в квантовой теории, используют сложный и недоступный восприятию способ изложения. Претендуя на точное описание стационарных состояний, теория хранит полнейшее молчание о переходных процессах, т. е. о самих «квантовых скачках». Э. Шредингер не согласен с утверждением, что измерения, которыми оперирует квантово-механический формализм, действительно могут быть. Их невозможно выполнить: «Это было сделанное на уровне абстрактного мышления открытие разрывности там, где она меньше всего ожидалась, а именно – в процессе обмена энергией между элементарными материальными системами (атомами или молекулами), с одной стороны, и световым или тепловым излучением – с другой» [8]. Шредингер критически оценивал квантовую механику, чьи представители внушали друг другу идеи на языке понятном лишь малой группе. Он считает, что новая наука самонадеянно присвоила себе право третировать философское воззрение. По мнению австрийского ученого, поддерживая стиль в пределах избранных групп специалистов, теория обречена на бессилие, паралич и не имеет дальнейшей перспективы. Ее будущее – непременный отрыв от остальной человеческой культуры.

Вслед за открытием спина, принципа запрета Паули, волн де Бройля последовали объединение волновой механики Шредингера с матричной механикой Борна и Гейзенберга, открытие «перестановочных» отношений, Дирак изложил волновое уравнение электрона, движущегося в пространстве. Французско-американский физик, основатель современной физики твердого тела Л. Н. Бриллюэн скептически отзывался о бурном развитии квантовой физики. В теориях, следующих одна за другой, он наблюдает одну закономерность: «Вслед за открытием новых экспериментальных фактов следует перестройка теории; при этом наблюдаемые сохраняются, но в сочетании с некоторыми ненаблюдаемыми они ведут к новым предсказаниям, за которыми следуют новые эксперименты и т. д.» [101, с. 25]. В симбиозе теорий с экспериментами ученый находит причину, ведущую к безграничному росту гипотез.

Критическое отношение к теории Планка высказал американский физик-теоретик Ли Смолин: «Я на стороне Эйнштейна и других, кто верил, что квантовая механика является неполным описанием реальности» [102]. Научную позицию он объясняет тем, что в квантовой теории содержатся концептуальные парадоксы, которые в течение десятков лет остаются неразрешенными. Например, непонятно почему электрон проявляется как волна и как частица. Так же ведет себя и свет. Теория дает только статистические предсказания субатомного поведения. Те, кто сформировал теорию, не были реалистами. Они не верили, что человек способен понять устройство мира, независимого от наших действий и наблюдений. Сторонники квантовой механики действуют обычно под знаменем реализма и предлагают ее как прорывную теорию. Кризис в физике частиц, по мнению Ли Смолина, вытекает из теорий, которые предлагались учеными. Они распадаются на две категории: «Некоторые были фальсифицируемы, и они были опровергнуты. Остаток теорий проверке не подвергался – или потому, что они не делают чистых предсказаний, или потому, что сделанные ими предсказания не проверяемы на сегодняшнем уровне технологии».