В книгу вошли четыре публичные лекции Шрёдингера, прочитанные в 1950 г. Несмотря на название бОльшая часть книги посвящена обсуждению проблем в квантовой механике, поэтому подзаголовок книги ‘Физика в наше время‘ более точно отражает содержание книги. Книга вышла на английском в 1951 году и переведена на русский в 2001 году.
Исходное название подчеркивает, что для Шрёдингера значение науки выходит за границы утилитарной точки зрения. Шрёдингер критикует специализацию и считает, что цель знания едина (‘познай себя’); в то же время физик остается физиком:
‘Я рождаюсь в окружающую среду — я не знаю, ни откуда я пришел, ни куда я иду, ни кто я. Таково мое положение, как и ваше, как каждого из вас. Тот факт, что в этой ситуации всегда оказывались и будут оказываться все, мне ничего не говорит. Что касается нашего горящего вопроса относительно «откуда» и «куда» — все, что мы сами видим, это настоящая окружающая среда. Вот почему мы сильно стремимся узнать о ней как можно больше. Это наука, изучение, знание, это истинный источник всякого духовного устремления человека. Мы пытаемся выяснить как можно больше о пространственно-временном окружении места, в котором оказались при рождении.’
Это объясняет последующий переход к рассмотрению квантовой механики; в данном случае показательно, что книга завершается обсуждением вопроса, что квантовая механика говорит о свободе воли. Ниже несколько цитат, связанных с тремя темами, которые привлекли мое внимание:
- Неразличимость частиц как причина отказа от атомизма 19-ого века
- Природа мысленных моделей в теоретической физики
- Сложность континуума
Неразличимость частиц как причина отказа от атомизма 19-ого века
‘Я бы мог привести еще примеры (однако уже приведенных примеров достаточно) того, как древняя гипотеза о корпускулярном строении материи была подтверждена самым непосредственным образом, что намного превзошло самые смелые ожидания предыдущих веков. Однако еще большей неожиданностью является уточнение наших взглядов на природу всех этих частиц, происшедшее в то же самое время — которое должно было произойти волей-неволей — как следствие других экспериментов и теоретических соображений.’
‘Кажется почти нелепым тот факт, что в те же самые годы и десятилетия, когда мы успешно наблюдали отдельные атомы и частицы, причем проделали это различными способами, мы были вынуждены расстаться с идеей, что подобная частица является отдельным существом, которое в принципе сохраняет свою «одинаковость» неограниченно долго. … Когда вы наблюдаете частицу определенного типа, скажем, электрон, здесь и сейчас — в принципе это должно рассматриваться как отдельное событие. Даже если через очень короткий промежуток времени и в непосредственной близости вы наблюдаете подобную частицу, даже если у вас при этом есть все основания предполагать наличие причинной связи между первым и вторым наблюдениями, утверждение о том, что в обоих случаях наблюдалась одна и та же частица, лишено подлинного, точно выраженного смысла.’
‘когда мы переходим к элементарным частицам, составляющим материю, смысл считать их состоящими из некоторого материала, по-видимому, пропадает. Они, так сказать, есть чистая форма, только форма и ничего более; при последовательных наблюдениях проявляется только эта форма, и ни единой частицы материала.’
‘Я не хочу сказать этим, что когда-нибудь атомизм окажется выброшенным за борт. Его бесценные находки — в особенности статистическая теория тепла — определенно никогда не сойдут со сцены. Будущего не знает никто. Атомизм находится на пороге серьезного кризиса. Атомы — наши современные атомы, элементарные частицы — не должны более считаться идентифицируемыми объектами. Это более сильный отход от исходной идеи атома, чем кто-либо когда-либо мог предположить. Мы должны быть готовы ко всему.’
Природа мысленных моделей в теоретической физики
Отмечу, что идеи Шрёдингера близки к философии науки Больцмана (см. Bildtheorie Людвига Больцмана).
‘геометрические формы, присутствующие на этих рисунках, невозможно непосредственно наблюдать в настоящих атомах. Рисунки представляют собой лишь наглядное пособие для ума, инструмент мышления, промежуточное средство, из которых на основании результатов проведенных экспериментов выводятся резонные ожидания результатов новых экспериментов, которые мы планируем поставить. Мы планируем их с целью установить, подтверждают ли они ожидания — то есть были ли ожидания резонными и, таким образом, являются ли используемые картины и модели адекватными. Заметьте, что мы предпочитаем говорить адекватный, а не истинный. Ибо для того, чтобы описание могло быть истинным, оно должно быть непосредственно сравнимым с реальными фактами. Что касается наших моделей, дело обычно обстоит не так.’
‘Не хотите ли вы сказать — вы можете спросить меня — не хотите ли вы сказать, что мы должны рассматривать наблюдаемые линейчатые спектры (которые, вообще говоря, соответствуют теории) как часть косвенных улик, свидетельствующих о том, что атомы железа из нашего теоретического описания действительно существуют и что они образуют пар сообразно утверждениям теории газов — маленькие частицы чего-то, разделенные огромными расстояниями, внедренные в ничто, летающие здесь и там, время от времени соударяясь со стенками и т. д. и т. п? Такова истинная картина светящихся паров железа?’
‘Я придерживаюсь того, что говорил ранее в более общем контексте: это определенно адекватная картина; что же касается ее истинности, вопрос заключается не в том, истинна она или нет, а в том, может ли она быть истинной либо ложной. Вероятно, не может. Вероятно, мы не можем рассчитывать на нечто большее, чем адекватные картины, синтезирующие понятным образом все наблюдаемые факты и дающие резонные ожидания новых, которые мы ищем.’
В то же время Шрёдингер подчеркивает важность создания таких картин-представлений:
‘Л. Больцман сильно подчеркивал эту мысль; позвольте мне быть вполне корректным, говорил он, по-детски корректным в отношении моей модели, хоть я и знаю, что из вечно неполных косвенных свидетельств экспериментов я не могу догадаться, что природа представляет собой на самом деле. Но в отсутствие абсолютно точной модели само мышление становится неточным, и следствия, полученные на такой модели, становятся неясными.’
Сложность континуума
Шрёдингер приводит интересный пример с мощностью множества точек, содержащихся в отрезке числовой оси от нуля до единицы. Он уничтожает огромное количество точек в этом отрезке
‘Сначала удалим всю среднюю треть, включая левую граничную точку, то есть точки от 1/3 до 2/3 (но оставим 2/3). Из оставшихся двух третей снова удалим «средние трети», включая их левые граничные точки и оставляя правые. С оставшимися «четырьмя девятыми» поступим аналогичным образом. И так далее.’
В результате остаются несвязанные между собой точки (множество меры нуль), но мощность оставшегося множества точек равна мощности исходного множества.
‘Но сейчас предстоит удивительный поворот: в некотором смысле остаточное множество так же велико, как и исходное.’
‘Я привел этот пример, чтобы дать вам представление о том, что в континууме есть нечто загадочное, и что мы не должны удивляться очевидному провалу наших попыток использовать его в целях описания природы.’
Вначале мне показалось, что Шрёдингер таким образом доказывает, что использование континуума в физике может оказаться неоправданным. Но дальнейшее обсуждение атомизма навело на мысль, что Шрёдингер хочет оставить континуум в мысленных картинах-представлениях:
‘Если представить себе развитие физики на протяжении последнего полувека, может сложиться впечатление, что отсутствие непрерывности в природе было навязано нам против нашей воли. Нас, кажется, континуум вполне устраивал.’
В этом, если я правильно понял содержание книги, видно отличие мысленных картин-представлений Шрёдингера от таковых у Больцмана. Больцман считал, что лучше всего теоретической физики подходит представление о материальном мире в духе движения маленьких и невидимых бильярдных шаров. Шрёдингер же хочет оставить картину-представление в виде континуума.
Информация
Эрвин Шрёдингер. Наука и гуманизм. Физика в наше время, 2001.
Erwin Schrödinger, Science and humanism. Physics in out time, 1951.
См. также:
Salvo D’Agostino, A history of the ideas of theoretical physics: essays on the nineteenth and twentieth century physics, 2000. Chapter 13. From the 1926 wave mechanics to a second-quantisation theory: schrodinger’s new interpretation of wave mechanics and microphysics in the 1950’s.
Andrei Khrennikov, Bild Conception of Scientific Theory Structuring in Classical and Quantum Physics: From Hertz and Boltzmann to Schrödinger and De Broglie. Entropy 25, no. 11 (2023): 1565.
Обсуждение
https://evgeniirudnyi.livejournal.com/388782.html
16.05.2024 Физики и лирики
‘Физика, как наука, цель которой не только изобретение все новых и новых заманчивых экспериментов, но и получение рационального понимания результатов наблюдений, навлекает на себя, по моему убеждению, серьезную угрозу отрыва от своего собственного исторического фона. … существует тенденция забывать, что все естественные науки связаны с общечеловеческой культурой и что научные открытия, даже кажущиеся в данный момент наиболее передовыми и доступными пониманию немногих избранных, все же бессмысленны мне своего культурного контекста. Та теоретическая наука, которая не признает, что ее построения, актуальнейшие и важнейшие, служат в итоге для включения в концепции, предназначенные для надежного усвоения образованной прослойкой общества и превращения в органическую часть общей картины мира; теоретическая наука, повторяю, представители которой внушают друг другу идеи на языке, в лучшем случае понятном лишь малой группе близких попутчиков, такая наука непременно оторвется от остальной человеческой культуры; в перспективе она обречена на бессилие и паралич, сколько бы ни продолжался и как бы упрямо ни поддерживался этот стиль для избранных, в пределах этих изолированных групп специалистов.’
Э. Шрёдингер, Существуют ли квантовые скачки (1952). В кн. Избранные труды, 1976. с. 261.