Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности

Созданный группой физиков в 1925—1927 гг. формальный математи­ческий аппарат квантовой механики убедительно продемонстриро­вал свои широкие возможности по количественному охвату значи­тельного эмпирического материала; не оставалось сомнений, что квантовая механика пригодна для описания определенного круга яв­лений. Вместе с тем исключительная абстрактность квантово-меха­нических формализмов, значительные отличия от классической ме­ханики (замена кинематических и динамических переменных аб­страктными символами некоммутативной алгебры, отсутствие поня­тия электронной орбиты, необходимость интерпретации формализмов и др.) рождали ощущение незавершенности, неполно­ты новой теории. В результате возникло мнение о необходимости ее завершения.

Возникла дискуссия о том, каким путем это нужно делать. А. Эйнштейн и ряд физиков считали, что квантово-механическое описание физической реальности существенно неполно. Иначе говоря, созданная теория не является фундаментальной теорией, а лишь промежуточной ступенью по отношению к ней, поэтому ее необходимо дополнить принципиально новыми постулатами и понятиями, т.е. дорабатывать ту часть оснований новой теории, которая связана с ее принципами.

Другие физики (Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн и др.) считали, что новая теория является фундаментальной и дает полное описание физической реальности, а «прояснить положение вещей можно было здесь только путем более глубокого исследования проблемы наблю­дений в атомной физике» *. Иначе говоря, Бор и его единомышленни­ки полагали, что «доработку» квантовой механики следует вести по линии уточнения той части ее оснований, которые связаны не с принципами теории, а с ее методологическими установками, по линии интерпретации созданного математического формализма. Разработка методологических установок квантовой механики, являвшаяся важнейшим звеном в интерпретации этой теории, продолжалась вплоть до конца 40-х гг. Завершение выработки этой интерпре­тации означало и завершение научной революции в физике, начав­шейся в конце XIX в.

* Бор Н. Избранные научные труды М., 1971. Т. 2. С. 405.

Основной отличительной особенностью экспериментальных ис­следований в области квантовой механики является фундаменталь­ная роль взаимодействия между физическим объектом и измерительным устройством. Это связано с корпускулярно-волновым дуализмом. И свет, и частицы проявляют в различных условиях противоречивые свойства, в связи с чем о них возникают противоречивые представ­ления. В одном типе измерительных приборов (дифракционная ре­шетка) они представляются в виде непрерывного поля, распределен­ного в пространстве, будь то световое поле или поле, которое описы­вается волновой функцией. В другом типе приборов (пузырьковая камера) эти же микроявления выступают как частицы, как материаль­ные точки. Причина корпускулярно-волнового дуализма, по Бору, в том, что сам микрообъект не является ни волной, ни частицей в обычном понимании.

Невозможность провести резкую границу между объектом и при­бором в квантовой физике выдвигает две задачи: 1)каким образом можно отличить знания об объекте от знаний о приборе; 2) каким образом, различив их, связать в единую картину, теорию объекта.

Вследствие того что сведения о микрообъекте, о его характерис­тиках получают в результате его взаимодействия с классическим при­бором (макрообъёктом), микрообъект можно интерпретировать только в классических понятиях, т. е. использовать классические представления о волне и частице. Мы как бы вынуждены говорить на классическом языке, хотя с его помощью нельзя выразить все особенности микрообъекта, который не является классическим. Поэтому первая задача разрешается введением требования описывать поведе­ние прибора на языке классической физики, а принципиально ста­тистическое поведение микрочастиц — на языке квантово-механических формализмов. Вторая задача разрешается с помощью принци­па дополнительности: волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают и не заменяют друг друга, а взаимно дополняют друг друга. При одном представлении микрообъекта используется причинное описание соответствующих процессов, в другом случае — простран­ственно-временное. Единая картина объекта синтезирует эти два описания.