В.Ю.Ирхин, М.И.Кацнельсон

Уставы небес. 16 глав о науке и вере (Часть 2)

парадигмы даже в рамках самого естествознания.

В возникших спорах приняли участие почти все выдающиеся физики нашего времени (кроме позитивистски настроенных исследователей, вообще не склонных обсуждать мировоззренческие вопросы как ненаучные ). По-видимому, спор далеко не завершен (хотя в книгах гуманитарной направленности изложение каких-то конкретных точек зрения по этому вопросу зачастую предваряется словами Современная физика установила, что... ). Здесь мы изложим некоторые проблемы, возникшие в связи с развитием квантовой механики и заставившие физиков, впервые в истории своей науки, обсуждать ее по-настоящему глубокие основы.

Ранний период развития квантовой физики (1900-1924) характеризуется прежде всего формулировкой законов излучения в идеальной модели абсолютно черного (т.е. не отражающего) тела и введением кванта действия (М. Планк, 1900), открытием световых квантов и корпускулярно-волнового дуализма (двойственной природы) света (А. Эйнштейн, 1905 и последующие работы), затем построением модели атома Бора (Н. Бор, 1913) и гипотезой Луи де Бройля о волновых свойствах электрона (1924). Ключевым моментом здесь является осознание корпускулярно-волнового дуализма как универсального свойства материи. Второй этап, начавшийся с 1925 года, характеризуется построением формальной теории, описывающей этот дуализм (В. Гейзенберг, М. Борн, П. Иордан, Э. Шредингер, П. Дирак, В. Паули, 1925-1927; Дж. фон Нейман, 1932; Р. Фейнман, 1946, и другие исследователи) и глубоким обдумыванием возникших в связи с этим концептуальных проблем ( принцип неопределенности Гейзенберга, статистическая интерпретация волновой функции Борна, принцип дополнительности Бора, и др.). Существуют хорошие популярные изложения физической сути корпускулярно-волнового дуализма (см., например, прекрасные книги Р. Фейнмана Характер физических законов и КЭД: странная теория света и вещества ), к которым мы и отсылаем читателя. Здесь мы лишь приведем без обоснования ряд относящихся к делу фундаментальных физических фактов.

Во многих физических экспериментах свет ведет себя как волна, демонстрируя типичные проявления интерференции и дифракции . Примером интерференции могут служить цвета тонких пленок - скажем, радужные цвета бензиновой пленки на поверхности воды, переливающиеся и изменяющиеся при изменении угла зрения. Дифракция - это, в частности, отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении его через маленькие отверстия, известное с XVII в. В то же время, в ряде других явлений (например, фотоэффект - выбивание светом электронов из металла) свет ведет себя как пучок частиц - световых квантов, или фотонов. Зернистое , то есть дискретное, строение света в определенных условиях буквально видимо невооруженным глазом (опыты С. И. Вавилова, см. его популярную книгу Глаз и Солнце , М., Наука, 1981). Такое же двусмысленное поведение - иногда волновое, иногда корпускулярное - присуще и другим микрообъектам, например, электронам, нейтронам и т.д. Скажем, при регистрации электрона любыми счетчиками он ведет себя как частица (всегда регистрируется целый электрон и никогда - его часть), но при отражении электронного пучка от поверхности кристалла наблюдаются типично волновые явления, подобные происходящим при отражении света от так называемой дифракционной решетки.