Избранные научные труды полностью

Квантовая механика, представляя собой обобщение классической механики с учётом существования кванта действия, в то же время оставляет достаточно широкие возможности для объяснения эмпирических закономерностей, которые не могут быть охвачены классическим способом описания. Помимо характерной стабильности атомов, которая явилась первым толчком к развитию квантовой механики, здесь можно указать на особые закономерности поведения систем, состоящих из тождественных частиц, подобных фотонам или электронам; эти закономерности играют важную роль в определении равновесия с излучением, а также существенных свойств материальных объектов. Известно, что такие закономерности адекватно описываются свойствами симметрии волновой функции, представляющей состояние всей системы. Конечно, связанные с этим проблемы не могут решаться применением какой бы то ни было экспериментальной установки, предназначенной для прослеживания поведения в пространстве и во времени каждой из тождественных частиц в отдельности.

Далее поучительно рассмотреть условия возможности определения координат и динамических переменных в каком-либо состоянии системы, состоящей из нескольких атомных частиц. Хотя любая пара канонически сопряженных переменных q, p (координата и импульс) подчиняется правилу некоммутативного умножения, выражаемому формулой (1), так что допустимая точность их одновременного задания ограничена пределами (3), разность q₁-q₂ координат двух частиц, входящих в состав системы, коммутирует с суммой p₁+p₂ соответствующих этим координатам импульсов, что прямо следует из коммутативности q₁ с p₂ и q₂ с p₁. Поэтому как q₁-q₂, так и p₁+p₂ могут быть заданы в некотором состоянии сложной системы с произвольной степенью точности. Следовательно, мы можем предсказать значения либо q₁ либо p₁, если соответственно q₂ или p₂ определено непосредственным измерением. Можно добиться, чтобы в момент измерения прямое взаимодействие между двумя объектами полностью отсутствовало, и потому может показаться, что и q₁, и p₁ должны рассматриваться как чётко определённые физические атрибуты изолированного объекта. В связи с этим высказывалось мнение, что квантовомеханическое представление состояния не может являться адекватным способом полного описания физической реальности. Однако нужно подчеркнуть, отвечая на эти возражения, что любые две экспериментальные установки, допускающие точное измерение q₂ или p₁, оказываются несовместимыми, и потому предсказания относительно q₁ или соответственно p₁ принадлежат к роду явлений, в своей основе имеющих дополнительный характер.

В связи с вопросом о полноте квантовомеханического способа описания нужно отчётливо представлять себе, что здесь мы имеем математически последовательную схему, применимую — в конкретных пределах — ко всякому процессу измерения; об адекватности её мы можем судить, лишь сравнивая её предсказания с результатами действительных наблюдений. Существенно также отметить, что во всех конкретных приложениях квантовой механики бывает необходимым задание состояния всей установки в целом. В частности, наш произвол в выборе параметров, определяющих данную квантовомеханическую задачу, как раз соответствует свободе выбора конструкции и принципа работы измерительных приборов, что в свою очередь эквивалентно свободе выбора типа дополнительных явлений, которые мы намерены изучать.

Чтобы избежать логических противоречий в описании незнакомой ситуации, мы, очевидно, должны проявлять большую осторожность во всех вопросах, связанных с терминологией и диалектикой. Так, в физической литературе часто встречаются обороты типа «возмущение явлений, вносимое наблюдением» или «создание физических атрибутов объекта посредством измерения». Здесь применение терминов явления и наблюдение, атрибут и измерение вряд ли согласуется с их обычным: употреблением и практическими определениями и лишь способствует возникновению неправильного понимания. В качестве более удачного способа выражения можно усиленно рекомендовать использовать слово явление в более узком смысле, относя его исключительно к таким наблюдениям, которые проводятся в специальных условиях, позволяющих получить полное описание всего эксперимента в целом.

Применение такой терминологии делает проблему наблюдения в атомной физике свободной от каких-либо специальных трудностей, поскольку в действительных экспериментах все результаты получаются в воспроизводимых условиях и выражаются в виде однозначных утверждений, касающихся, например, фиксации точки попадания атомной частицы на фотопластинку или соответствующего показания какого-либо, усилительного устройства. Более того, то обстоятельство, что все такие наблюдения включают процессы существенно необратимого характера, придаёт каждому явлению именно те черты законченности, которые необходимы для его чёткой интерпретации в рамках квантовой механики;