Введение

Классическая ньютоновская физика формально была заменена квантовой механикой в малом масштабе и теорией относительности – в большом. Поскольку большинство людей продолжают мыслить в терминах событий, которые мы воспринимаем в масштабах повседневной жизни, возникла необходимость в новой философской интерпретации классической физики. Классическая механика прекрасно работала в своей области применимости, но давала неточные предсказания в очень малых масштабах – в системах атомного уровня – и когда объекты двигались с очень высокой скоростью или обладали большой массой. Рассматривая классическую физику через призму квантовой механики или теории относительности, мы теперь видим, что она, будучи заимствована из мира нашего повседневного опыта, включает в себя представления, не имеющие под собой фактических оснований. Например, широко распространено представление об одном абсолютном времени, общем для всех наблюдателей. Другое – о том, что электроны являются дискретными частицами, подобными миниатюрным планетам, вращающимся вокруг ядра по определенным орбитам. Принцип соответствия утверждает, что классические описания являются приближениями к квантовой механике, которые для всех практических целей эквивалентны ей при рассмотрении макроскопических явлений. Использование классической механики для описания квантовых систем приводит к различным проблемам, таким как ультрафиолетовая катастрофа в излучении абсолютно черного тела, парадокс Гиббса и отсутствие нулевой точки энтропии. Поскольку классическая физика в большей степени соответствует обычному языку, чем современная физика, эта область также является частью философской интерпретации обыденного языка, которая имеет и другие аспекты.

Процесс измерения

В классической механике предполагается, что заданные свойства – скорость или масса частицы, температура газа и т.д. – могут в принципе измеряться с любой желаемой степенью точности. Изучение проблемы измерения в квантовой механике показало, что измерение любого объекта включает в себя взаимодействие между измерительным прибором и этим объектом, которое неизбежно оказывает на него некоторое влияние; в масштабе частиц этот эффект обязательно велик. В повседневном макроскопическом масштабе этот эффект можно сделать незначительным. Более того, классическая идеализация свойства, просто "измеряемого", игнорирует тот факт, что измерение свойства – например, температуры газа термометром – подразумевает предварительное знание о поведении измерительного прибора. Когда физики занялись разработкой операциональных определений, необходимых для точного определения положения и импульса микроскопических объектов, они были вынуждены предоставить такое описание для измерительных приборов, используемых в этом масштабе. Ключевой мысленный эксперимент в этой связи известен как микроскоп Гейзенберга. Проблема для исследователя заключается в том, как правильно охарактеризовать часть реальности, которую он не может воспринять непосредственно с помощью чувств. Наши исследования в квантовой области наиболее актуальны в отношении того, что происходит между событиями, посредством которых мы получаем единственную доступную нам информацию. Наши представления о квантовой области основаны на взаимодействии макроскопических приборов и органов чувств с физическими событиями, и эти взаимодействия дают нам лишь часть, но не всю искомую информацию. Затем мы стремимся получить дополнительную информацию из серии этих экспериментов косвенным путем. Одну из интерпретаций этой дилеммы дает Вернер Гейзенберг в своей книге 1958 года «Физика и философия», стр. 144f: Можно сказать, что физика является частью науки и, как таковая, направлена на описание и понимание природы. Любое понимание, научное или нет, зависит от нашего языка, от обмена идеями. Любое описание явлений, экспериментов и их результатов опирается на язык как единственное средство коммуникации. Слова этого языка представляют собой понятия повседневной жизни, которые в научном языке физики могут быть уточнены до понятий классической физики. Эти понятия – единственные инструменты для однозначного общения о событиях, о постановке экспериментов и об их результатах. Поэтому, если атомного физика попросят дать описание того, что «на самом деле» происходит в его экспериментах, слова «описание», «на самом деле» и «происходит» могут относиться только к понятиям повседневной жизни или классической физики. Как только физик откажется от этой основы, он потеряет средства однозначной коммуникации и не сможет продолжать свои научные исследования. Следовательно, любое утверждение о том, что «фактически произошло», является утверждением, выраженным в терминах классических понятий и, в силу термодинамики и соотношений неопределенности, по самой своей природе неполно в отношении деталей вовлеченных атомных событий. Требование «описать, что происходит» в квантово-теоретическом процессе между двумя последовательными наблюдениями является противоречием, поскольку слово «описать» относится к использованию классических понятий, в то время как эти понятия нельзя применять в пространстве между наблюдениями; они могут применяться только в точках наблюдения.

Примат наблюдения в квантовой механике и специальной теории относительности

И квантовая механика, и специальная теория относительности начинают отходить от классической механики, подчеркивая первостепенность наблюдений и отказываясь признавать существование ненаблюдаемых величин. Таким образом, специальная теория относительности отвергает абсолютную одновременность, постулируемую классической механикой, а квантовая механика не допускает говорить о свойствах системы (например, об точном положении) иначе как через связь с макроскопическими наблюдениями. Положение и импульс – это не нечто, ожидающее своего открытия; это результаты, получаемые при выполнении определенных процедур.