Реферат
з фізики
на тему:
«Розвиток атомістичних поглядів у XX столітті»
Що являла собою фізика в 1908 р., коли Ленін писав свій «Матеріалізм і емпіріокритицизм»? Незвичайність уявлень, які з'явилися до цього часу, мабуть, перевершує новизну того, що ми маємо зараз і з чим не можемо впоратися.
Справді, тоді тільки що створилося зовсім нове уявлення про масу. У 1902 р. з'явилася удавана маса електрона, яка, як думали спочатку, тільки доповнила звичну масу, а потім і зовсім її виключила і зробила змінної. Потім отримала масу електромагнітна енергія, вслід за цим дано було узагальнення поняття маси і енергії в теорії відносності. Маса з міри матерії зробилася мірою енергії. Цей різкий, катастрофічний переворот стосувався одного з найосновніших для матеріаліста питань - конкретного змісту поняття матерії і маси. Маса перестала бути мірою матерії, а матерія ототожнювалася з електричним зарядом. Сукупність електричних зарядів представляла собою матерію. Замість механіки, механічних сил і руху, як основи будь-яких фізичних процесів, електричне взаємодія між зарядами зробилося тим основним знаряддям, за допомогою якого ця матерія виявляється у поза і взаємодіє між собою.
Нарешті, до цього ж часу були вже встановлені основи квантових явищ у природі. Перш за все, з'явилися кванти світла, уявлення про які було виведено побічним статистичним шляхом з розгляду рівноважної променистої енергії, але які в 1905 р. у класичній праці Ейнштейна одержали фізичний зміст. Замість електромагнітних хвиль з'явилися фотони. У 1907 р. представлення квантової теорії з області променистої енергії були перенесені на саме речовина: до цього року відноситься перша робота з квантової теорії теплоємності Ейнштейна.
Таким чином, електромагнітна теорія механіки, зв'язок матерії із зарядом, а маси з енергією, квантова природа елементарних явищ представляли дійсну революцію всіх основних понять фізики.
Я не стану тут цитувати книгу Леніна - всім відомо, що жодне з цих нових уявлень не було їм віднесено до області ідеалізму, а навпаки, вся сукупність їх розглядалася як блискуче підтвердження діалектичного матеріалізму, чим вона і була насправді.
Найближчий етап, 1907 - 1913 рр.., Був періодом чистого атомізму, з одного боку, та встановлення квантових фактів, з іншого боку. До цього періоду відноситься ряд нових методів, які стали основою нової фізики, методів, які вже не побічно, а безпосередньо переконують нас в реальному існуванні атомів і окремих частинок. Тут перш за все потрібно назвати вивчення броунівського руху, вперше безпосередньо показав реальність атомів. Слідом за цим з'явилися ще більш переконливі об'єктивні факти: був створений лічильник Гейгера, в 1911 р. розроблений Вільсоном чудовий метод виявлення шляхів окремих частинок. В цей же час у ряді дослідів Резерфорд промацав надра атома і дав ті основи, на яких потім була побудована його модель.
Паралельно і одночасно з встановленням безпосередніх доказів атомізму матерії настільки ж безпосередніми дослідами обгрунтовувалися квантові уявлення. Сюди можна віднести досліди Міллікена, з яких було встановлено зв'язок між швидкістю фотоелектронів і частотою світла Приблизно в цей же час, починаючи з 1912 р., з'явився ряд робіт, які обгрунтовують експериментальним шляхом застосовність квантових законів не тільки до променистої енергії, а й до самої матерії . Це - дослідження теплоємності при низьких температурах у зв'язку з теоремою Нернста.
Ця епоха закінчилася в 1913 р. створенням моделі атома Бора. Модель Бора, з одного боку, є мікрокосм, повторення Сонячної системи, з іншого боку, однак, у цій моделі є два постулати, зовсім чужі цієї моделі і всієї механіки та електродинаміки, на яких побудована сама модель.
Перші застосування цієї моделі були епохою блискучого, я б сказав, тріумфальної ходи атома Бора через усі області фізики. Її успіхи добре відомі, і я тільки нагадаю типові моменти цієї історії. У першій же роботі Бора проста механічна картина електронів, що рухаються по круговій орбіті навколо ядра, була виправлена обертанням навколо загального центру тяжіння. Як відомо, таке розходження між спектрами водню і гелію отримало тут елементарне тлумачення.
Потім було поява еліптичних орбіт і пов'язане з цим розширення теорії лінійних спектрів; квантування положення орбіт в просторі та їх зв'язок з магнітними моментами. Добре відомо, яке ясне і просте тлумачення Бор дав періодичній системі елементів, поступово нашаровуючись на ядро один електрон за іншим, як з'ясувалися парамагнітні і феромагнітні матеріали.
Все це - ряд блискучих успіхів, не кажучи про пряме, винятковому за своєю точністю і небувалий в історії фізики підтвердження серіальних законів.
Проте внутрішнє протиріччя між механічною картиною рухомого електрона і квантовими постулатами, визначають положення орбіт і умови переходу з однієї орбіти на іншу, всі загострювалося в міру застосування теорії до все більшого розмаїттям явищ природи. З'явився принцип відповідності Бора, який встановив певний паралелізм між властивостями моделі за звичайними законами електродинаміки, що лежать в основі її, і тими властивостями, які вона отримує завдяки додатковим квантовим постулатів.
Вийшла компромісна теорія, яка давала спочатку послідовну електромагнітну картину атома. Потім ця механічна картина зіставлялася з системою дійсних, квантових станів.
Останнім у розвитку цієї моделі великим теоретичним внеском був принцип Паулі. Ввівши на додаток до трьох основних квантовим величинам, визначальним дану орбіту, ще четверту, яка не має спочатку чіткого фізичного змісту, Паулі показав, що можна дати повну схему всіх атомів і всіх спектрів, що випускаються атомами будь-якого елементу.
Незабаром, однак, учні Еренфеста - Гаудсмит і Уленбек - знайшли фізичний зміст четвертого квантового числа: так само, як Земля, обертаючись навколо Сонця, в той же час обертається навколо осі, так і електрони не тільки рухаються по певній орбіті в просторі, але в Водночас обертаються навколо власної осі. І ось момент кількості руху навколо власної осі і виявився четвертої величиною, що характеризує рух електрона в атомі.
До цього моменту теорія, суперечлива в самих своїх основах, компромісна за формою, все ж таки була провідним важелем всієї фізики.
Після цього кульмінаційного пункту теорії Бора виступили на сцену труднощі, які були в ній приховані. Незважаючи на весь витончений математичний апарат, не вдавалося піти далі того першого кроку, який зробив Бор на самому початку, кількісно обчисливши спектр водню. Дані для наступного елемента - гелію з двома електронами - вийшли хоча і близькими до дійсності, але, безсумнівно, не збігалися з досвідом. І всі спроби подальшим уточненням досягти такого збігу ні до чого не приводили. Стало ясно, що в цій моделі щось не зовсім вірно, що щось має бути змінено, щоб отримати правильний результат.
Також невдало було пояснення складного явища Зеемана - кількісне передбачення інтенсивності окремих ліній. І, нарешті, з'явилася суто логічна трудність моделі Бора, за якою електрон, хоча і знаходиться на одній цілком певній орбіті і ще, може бути, на іншу орбіту не перейшов, за вже відчуває вплив всіх тих орбіт, па які оп може перейти.
Гостроту моменту, значення цих труднощів, які відчувала теорія атома, зараз, мабуть, навіть важко собі уявити.
Наочним прикладом цього положення може служити одна моя розмова з Лоренцем. У 1924 р., викладаючи хід розвитку своєї наукової діяльності, що призвела до блискуче підтвердженої електронної теорії, Лоренц у квантовому атомі бачив нерозв'язне протиріччя, яке приводило його у відчай: «Сьогодні стверджуєш прямо протилежне тому, що говорив вчора; в такому випадку взагалі немає критерію істини, а отже, взагалі невідомо, що означає наука. Я шкодую, що не помер п'ять років тому, коли цих протиріч не було ».
Всі знають, хто такий був Лоренц. І такий відчайдушний висновок з усієї історії його науковому житті досить показовий для фізики того часу. Але під час цієї бесіди з Лоренцем вже намітився вихід із глухого кута, куди зайшла, на думку Лоренца, фізика. У тому ж 1924 р. була створена одна з форм квантової механіки - несподівана за тодішнім часом теорія де Бройля.
Незабаром з'явилася інше рішення цієї суперечності - перші роботи Гейзенберга, які представляли собою щось на зразок словника, з одного боку якого стояли всі операції старої електродинаміки і механіки, а з іншого боку кожна така операція переводилася на нову мову, кожної колишньої операції відповідала деяка нова операція.
Ця спроба була потім розвинена Гейзенбергом разом з Борном і призвела до матричної формі квантових законів. Замість окремих координат, швидкостей, з якими ми мали справу раніше, кожна величина характеризувалася цілою системою, матрицею, деякою таблицею значень. Ця матриця відразу ж знищила то логічне утруднення, про який я говорив. Саме властивості даного стану електрона визначалися вже не його орбітою, а сукупністю всіх можливих орбіт. Протиріччя було усунуто. Можна було надати матрицям деякий фізичний зміст, але вже відмінний від колишнього. Замість того щоб говорити про електрон, що рухається з якоїсь орбіті, можна було говорити про пульсаціях електрона, про стоячих хвилях, в яких одночасно бере участь цей електрон.
Паралельно з цим розвинулося і той напрямок, який було намічено де Бройля, - в систематичній теорії Шредінгера хвильова механіка отримала своє закінчене вираження. Незабаром з'ясувалося, що ці два шляхи, такі різні але своєю математичною формою, за своїм вихідного пункту виявилися абсолютно ідентичними за висновками.
Теорія Шредінгера дозволяла ще зберегти деяку наочність. Здавалося, що можна собі уявити електрон, виходячи з хвильової точки зору, як сукупність окремих хвиль, як пакет хвиль, зосереджений у порівняно невеликому обсязі. З іншого боку, здавалося, що нові матеріальні електронні хвилі можна також уявити собі в достатній мірі наочно як хвилі, що проходять в тривимірному просторі, хоча і відмінні від електромагнітних.
Однак ця спроба виявилася невдалою. З'ясувалося, що за допомогою наочних уявлень, побудованих на класичній механіці, неможливо висловити нову систему квантової механіки Гейзенберга і Борна або Шредінгера і де Бройля. Від такої наочності довелося відмовитися.
Тут я підходжу до дуже істотного питання - до питання про наочності теорії. Чому це на певному етапі розвитку фізика раптом перестає бути наочною, не може більше користуватися наочними моделями? Потрібно сказати, що це трапляється кожен раз і, як я спробую показати, це неминуче, коли фізики переходять до істотно нового типу явищ, до істотно нової області.
Я хочу згадати з тієї ж бесіди з Лоренцем інший момент, що стосується не кінця, а самого початку його діяльності, коли тільки що з'явилася теорія Максвелла. Відчувши величезне значення цієї теорії, Лоренц став її вивчати, але переконався, що пічего не розуміє, нічого, крім формул, не може отримати з цієї теорії.
Дізнавшись, що вийшло французьке виклад теорії Максвелла, Лоренц зараз же поїхав до Парижа, очікуючи, що автор, який виклав Максвелла, очевидно, його розуміє. Але автор цього викладу йому сказав, що теорію Максвелла взагалі не можна зрозуміти: це чисто математична, абсолютно абстрактна форма; фізичного ж сенсу теорія Максвелла мати не може. Дуже цікаво, що це твердження майже дослівно нагадує те, що ми зараз чуємо про нову квантової механіки.
Що це означає? Я думаю, що цей факт є один з доказів матеріалізму. Спробую це обгрунтувати.
Що означає, що для нас нова теорія не наочна? Це означає, що досвід привів нас до якихось нових явищ, для яких вся склалася в нашому мозку в результаті всього попереднього досвіду система уявлень виявляється непридатною, це означає, що ми не можемо викладати нові факти за допомогою старих образів, вже звичних для нас і тому наочних. Але ж це можливо тільки в тому випадку, якщо ці факти мають місце поза нами, в реально існуючої природі. У нас самих не було ніяких рішуче передумов для того, щоб придумати фотони, в русі електронів запідозрити хвильовий процес, щоб створити синтез корпускул і хвиль, - у нас для цих понять не знайшлося ні слів, ні уявлень.
Такі моменти, коли наука перестає бути наочною, коли вона по суті не може бути наочною, можуть бути обумовлені тільки реальним існуванням зовнішнього світу. Тому, мені здається, боятися відсутності наочності у нас немає підстав.
Я хотів би на двох прикладах показати дійсну необхідність створення нових уявлень, повну неможливість якої б то не було комбінації звичних величин. Одне з цих явищ - дифракція електронів, яка дала перше безпосереднє дослідне обгрунтування хвильової природи руху. Ця електронна дифракція стала одним з широко поширених методів вивчення структури поверхневих шарів і кристалів, дослідження корозії та поверхневого каталізу. Електронна дифракція, поряд з рентгенівською дифракцією, стає методом не тільки фізичних досліджень, а й технічного контролю. Це вже область, багата експериментальними фактами.
Чи будемо ми розглядати дифракцію електронів при проходженні їх через два близьких отвори або при відбитті від ряду послідовних атомних шарів кристала, нам доведеться припустити, що одні й ті ж електрони одночасно проходять через обидва отвори або відображаються послідовно від цілого ряду шарів, незважаючи на те що потім ми можемо їх виявити як окремі електрони, сконцентровані в дуже малому обсязі, і що можемо навіть спостерігати шляху, пройдені окремим електроном після дифракції.
Інше явище - проходження електронів крізь енергетичні бар'єри, що значно перевищують їхню поживу, кінетичної енергії. Це явище ми спостерігаємо в фотоефекті, в поганих контактах, в атомному ядрі. Застосовуючи поняття про певну швидкості електрона в певній точці простору всередині бар'єру, довелося б визнати нею швидкість уявної, його кінетичну енергію негативною. Всі ці труднощі усуваються принципом невизначеності і виникають тому, що ми намагаємося пояснити нові явища старими, абсолютно для них непридатними, безглуздими в цій області уявленнями. Також безглуздо, наприклад, визначати щільність тіла в ділянках розміром в 10 ~ 9 см, хоча в це визначення і можна вкласти певний сенс.
Таким чином, хвильові представлення в атомній фізиці наполегливо диктуються нашим досвідом і неминуче вимагають створення нових, нам ще не звичних, що не допускають наочного тлумачення законів. Поки вони описуються рівняннями Шредінгера.
З іншого боку, напрямок Борна і Гейзенберга теж на перших же кроках отримало блискуче підтвердження. За допомогою матричної механіки вдалося визначити інтенсивність ліній, розібратися в явищах Штарка і Зеємана, дати їм кількісну теорію і т. д.
Таким чином, нова квантова механіка, хоча з моменту її народження минуло ще небагато років, обгрунтовано досвідом не менш міцно і не менш широко, ніж стара квантова механіка, електромагнітна теорія Максвелла або ньютонова механіка. Безсумнівно, що дуалізм частки і хвилі неразрешим в рамках тих величин і уявлень, якими ми описували і пояснювали навколишні нас макроскопічні явища.
Просте розгляд будь-якого з фактів атомної фізики, а вони анітрохи не стали гірше від того, що є новими, з неминучістю приводить нас до висновку, що тут потрібні нові поняття, нову мову.
Ці нові уявлення шукає і Дірак у своїх рівняннях, і Шредінгер в хвильової механіки, і Гейзенберг у своєму принципі невизначеності. Ці нові методи ще недосконалі, їм ще не вдається дати закінчені, суворо систематичні формулювання, подібні системі класичної механіки Ньютона, тим не менш це риси тієї нової картини світу, яку ми бачимо поки в окремі просвіти в тому чи іншому аспекті. Кожне з цих уявлень є великий і безсумнівно позитивний крок вперед, і кожне з них, мені здається, якщо його правильно розібрати, є одне з нових підтверджень діалектичного матеріалізму. Вони зайвий раз показують, наскільки реальний, поза нами існуючий світ складніше, багатостороннє, ніж ті схеми, які ми створили на основі минулого досвіду, як цей світ розкривається нам у своїх проявах шляхом окремих суперечливих аспектів, діалектично об'єднуються в міру накопичення досвіду в активному практичному застосуванні. У труднощах і суперечностях сучасної теорії закладені нові узагальнення, новий синтез.
з фізики
на тему:
«Розвиток атомістичних поглядів у XX столітті»
Що являла собою фізика в 1908 р., коли Ленін писав свій «Матеріалізм і емпіріокритицизм»? Незвичайність уявлень, які з'явилися до цього часу, мабуть, перевершує новизну того, що ми маємо зараз і з чим не можемо впоратися.
Справді, тоді тільки що створилося зовсім нове уявлення про масу. У 1902 р. з'явилася удавана маса електрона, яка, як думали спочатку, тільки доповнила звичну масу, а потім і зовсім її виключила і зробила змінної. Потім отримала масу електромагнітна енергія, вслід за цим дано було узагальнення поняття маси і енергії в теорії відносності. Маса з міри матерії зробилася мірою енергії. Цей різкий, катастрофічний переворот стосувався одного з найосновніших для матеріаліста питань - конкретного змісту поняття матерії і маси. Маса перестала бути мірою матерії, а матерія ототожнювалася з електричним зарядом. Сукупність електричних зарядів представляла собою матерію. Замість механіки, механічних сил і руху, як основи будь-яких фізичних процесів, електричне взаємодія між зарядами зробилося тим основним знаряддям, за допомогою якого ця матерія виявляється у поза і взаємодіє між собою.
Нарешті, до цього ж часу були вже встановлені основи квантових явищ у природі. Перш за все, з'явилися кванти світла, уявлення про які було виведено побічним статистичним шляхом з розгляду рівноважної променистої енергії, але які в 1905 р. у класичній праці Ейнштейна одержали фізичний зміст. Замість електромагнітних хвиль з'явилися фотони. У 1907 р. представлення квантової теорії з області променистої енергії були перенесені на саме речовина: до цього року відноситься перша робота з квантової теорії теплоємності Ейнштейна.
Таким чином, електромагнітна теорія механіки, зв'язок матерії із зарядом, а маси з енергією, квантова природа елементарних явищ представляли дійсну революцію всіх основних понять фізики.
Я не стану тут цитувати книгу Леніна - всім відомо, що жодне з цих нових уявлень не було їм віднесено до області ідеалізму, а навпаки, вся сукупність їх розглядалася як блискуче підтвердження діалектичного матеріалізму, чим вона і була насправді.
Найближчий етап, 1907 - 1913 рр.., Був періодом чистого атомізму, з одного боку, та встановлення квантових фактів, з іншого боку. До цього періоду відноситься ряд нових методів, які стали основою нової фізики, методів, які вже не побічно, а безпосередньо переконують нас в реальному існуванні атомів і окремих частинок. Тут перш за все потрібно назвати вивчення броунівського руху, вперше безпосередньо показав реальність атомів. Слідом за цим з'явилися ще більш переконливі об'єктивні факти: був створений лічильник Гейгера, в 1911 р. розроблений Вільсоном чудовий метод виявлення шляхів окремих частинок. В цей же час у ряді дослідів Резерфорд промацав надра атома і дав ті основи, на яких потім була побудована його модель.
Паралельно і одночасно з встановленням безпосередніх доказів атомізму матерії настільки ж безпосередніми дослідами обгрунтовувалися квантові уявлення. Сюди можна віднести досліди Міллікена, з яких було встановлено зв'язок між швидкістю фотоелектронів і частотою світла Приблизно в цей же час, починаючи з 1912 р., з'явився ряд робіт, які обгрунтовують експериментальним шляхом застосовність квантових законів не тільки до променистої енергії, а й до самої матерії . Це - дослідження теплоємності при низьких температурах у зв'язку з теоремою Нернста.
Ця епоха закінчилася в 1913 р. створенням моделі атома Бора. Модель Бора, з одного боку, є мікрокосм, повторення Сонячної системи, з іншого боку, однак, у цій моделі є два постулати, зовсім чужі цієї моделі і всієї механіки та електродинаміки, на яких побудована сама модель.
Перші застосування цієї моделі були епохою блискучого, я б сказав, тріумфальної ходи атома Бора через усі області фізики. Її успіхи добре відомі, і я тільки нагадаю типові моменти цієї історії. У першій же роботі Бора проста механічна картина електронів, що рухаються по круговій орбіті навколо ядра, була виправлена обертанням навколо загального центру тяжіння. Як відомо, таке розходження між спектрами водню і гелію отримало тут елементарне тлумачення.
Потім було поява еліптичних орбіт і пов'язане з цим розширення теорії лінійних спектрів; квантування положення орбіт в просторі та їх зв'язок з магнітними моментами. Добре відомо, яке ясне і просте тлумачення Бор дав періодичній системі елементів, поступово нашаровуючись на ядро один електрон за іншим, як з'ясувалися парамагнітні і феромагнітні матеріали.
Все це - ряд блискучих успіхів, не кажучи про пряме, винятковому за своєю точністю і небувалий в історії фізики підтвердження серіальних законів.
Проте внутрішнє протиріччя між механічною картиною рухомого електрона і квантовими постулатами, визначають положення орбіт і умови переходу з однієї орбіти на іншу, всі загострювалося в міру застосування теорії до все більшого розмаїттям явищ природи. З'явився принцип відповідності Бора, який встановив певний паралелізм між властивостями моделі за звичайними законами електродинаміки, що лежать в основі її, і тими властивостями, які вона отримує завдяки додатковим квантовим постулатів.
Вийшла компромісна теорія, яка давала спочатку послідовну електромагнітну картину атома. Потім ця механічна картина зіставлялася з системою дійсних, квантових станів.
Останнім у розвитку цієї моделі великим теоретичним внеском був принцип Паулі. Ввівши на додаток до трьох основних квантовим величинам, визначальним дану орбіту, ще четверту, яка не має спочатку чіткого фізичного змісту, Паулі показав, що можна дати повну схему всіх атомів і всіх спектрів, що випускаються атомами будь-якого елементу.
Незабаром, однак, учні Еренфеста - Гаудсмит і Уленбек - знайшли фізичний зміст четвертого квантового числа: так само, як Земля, обертаючись навколо Сонця, в той же час обертається навколо осі, так і електрони не тільки рухаються по певній орбіті в просторі, але в Водночас обертаються навколо власної осі. І ось момент кількості руху навколо власної осі і виявився четвертої величиною, що характеризує рух електрона в атомі.
До цього моменту теорія, суперечлива в самих своїх основах, компромісна за формою, все ж таки була провідним важелем всієї фізики.
Після цього кульмінаційного пункту теорії Бора виступили на сцену труднощі, які були в ній приховані. Незважаючи на весь витончений математичний апарат, не вдавалося піти далі того першого кроку, який зробив Бор на самому початку, кількісно обчисливши спектр водню. Дані для наступного елемента - гелію з двома електронами - вийшли хоча і близькими до дійсності, але, безсумнівно, не збігалися з досвідом. І всі спроби подальшим уточненням досягти такого збігу ні до чого не приводили. Стало ясно, що в цій моделі щось не зовсім вірно, що щось має бути змінено, щоб отримати правильний результат.
Також невдало було пояснення складного явища Зеемана - кількісне передбачення інтенсивності окремих ліній. І, нарешті, з'явилася суто логічна трудність моделі Бора, за якою електрон, хоча і знаходиться на одній цілком певній орбіті і ще, може бути, на іншу орбіту не перейшов, за вже відчуває вплив всіх тих орбіт, па які оп може перейти.
Гостроту моменту, значення цих труднощів, які відчувала теорія атома, зараз, мабуть, навіть важко собі уявити.
Наочним прикладом цього положення може служити одна моя розмова з Лоренцем. У 1924 р., викладаючи хід розвитку своєї наукової діяльності, що призвела до блискуче підтвердженої електронної теорії, Лоренц у квантовому атомі бачив нерозв'язне протиріччя, яке приводило його у відчай: «Сьогодні стверджуєш прямо протилежне тому, що говорив вчора; в такому випадку взагалі немає критерію істини, а отже, взагалі невідомо, що означає наука. Я шкодую, що не помер п'ять років тому, коли цих протиріч не було ».
Всі знають, хто такий був Лоренц. І такий відчайдушний висновок з усієї історії його науковому житті досить показовий для фізики того часу. Але під час цієї бесіди з Лоренцем вже намітився вихід із глухого кута, куди зайшла, на думку Лоренца, фізика. У тому ж 1924 р. була створена одна з форм квантової механіки - несподівана за тодішнім часом теорія де Бройля.
Незабаром з'явилася інше рішення цієї суперечності - перші роботи Гейзенберга, які представляли собою щось на зразок словника, з одного боку якого стояли всі операції старої електродинаміки і механіки, а з іншого боку кожна така операція переводилася на нову мову, кожної колишньої операції відповідала деяка нова операція.
Ця спроба була потім розвинена Гейзенбергом разом з Борном і призвела до матричної формі квантових законів. Замість окремих координат, швидкостей, з якими ми мали справу раніше, кожна величина характеризувалася цілою системою, матрицею, деякою таблицею значень. Ця матриця відразу ж знищила то логічне утруднення, про який я говорив. Саме властивості даного стану електрона визначалися вже не його орбітою, а сукупністю всіх можливих орбіт. Протиріччя було усунуто. Можна було надати матрицям деякий фізичний зміст, але вже відмінний від колишнього. Замість того щоб говорити про електрон, що рухається з якоїсь орбіті, можна було говорити про пульсаціях електрона, про стоячих хвилях, в яких одночасно бере участь цей електрон.
Паралельно з цим розвинулося і той напрямок, який було намічено де Бройля, - в систематичній теорії Шредінгера хвильова механіка отримала своє закінчене вираження. Незабаром з'ясувалося, що ці два шляхи, такі різні але своєю математичною формою, за своїм вихідного пункту виявилися абсолютно ідентичними за висновками.
Теорія Шредінгера дозволяла ще зберегти деяку наочність. Здавалося, що можна собі уявити електрон, виходячи з хвильової точки зору, як сукупність окремих хвиль, як пакет хвиль, зосереджений у порівняно невеликому обсязі. З іншого боку, здавалося, що нові матеріальні електронні хвилі можна також уявити собі в достатній мірі наочно як хвилі, що проходять в тривимірному просторі, хоча і відмінні від електромагнітних.
Однак ця спроба виявилася невдалою. З'ясувалося, що за допомогою наочних уявлень, побудованих на класичній механіці, неможливо висловити нову систему квантової механіки Гейзенберга і Борна або Шредінгера і де Бройля. Від такої наочності довелося відмовитися.
Тут я підходжу до дуже істотного питання - до питання про наочності теорії. Чому це на певному етапі розвитку фізика раптом перестає бути наочною, не може більше користуватися наочними моделями? Потрібно сказати, що це трапляється кожен раз і, як я спробую показати, це неминуче, коли фізики переходять до істотно нового типу явищ, до істотно нової області.
Я хочу згадати з тієї ж бесіди з Лоренцем інший момент, що стосується не кінця, а самого початку його діяльності, коли тільки що з'явилася теорія Максвелла. Відчувши величезне значення цієї теорії, Лоренц став її вивчати, але переконався, що пічего не розуміє, нічого, крім формул, не може отримати з цієї теорії.
Дізнавшись, що вийшло французьке виклад теорії Максвелла, Лоренц зараз же поїхав до Парижа, очікуючи, що автор, який виклав Максвелла, очевидно, його розуміє. Але автор цього викладу йому сказав, що теорію Максвелла взагалі не можна зрозуміти: це чисто математична, абсолютно абстрактна форма; фізичного ж сенсу теорія Максвелла мати не може. Дуже цікаво, що це твердження майже дослівно нагадує те, що ми зараз чуємо про нову квантової механіки.
Що це означає? Я думаю, що цей факт є один з доказів матеріалізму. Спробую це обгрунтувати.
Що означає, що для нас нова теорія не наочна? Це означає, що досвід привів нас до якихось нових явищ, для яких вся склалася в нашому мозку в результаті всього попереднього досвіду система уявлень виявляється непридатною, це означає, що ми не можемо викладати нові факти за допомогою старих образів, вже звичних для нас і тому наочних. Але ж це можливо тільки в тому випадку, якщо ці факти мають місце поза нами, в реально існуючої природі. У нас самих не було ніяких рішуче передумов для того, щоб придумати фотони, в русі електронів запідозрити хвильовий процес, щоб створити синтез корпускул і хвиль, - у нас для цих понять не знайшлося ні слів, ні уявлень.
Такі моменти, коли наука перестає бути наочною, коли вона по суті не може бути наочною, можуть бути обумовлені тільки реальним існуванням зовнішнього світу. Тому, мені здається, боятися відсутності наочності у нас немає підстав.
Я хотів би на двох прикладах показати дійсну необхідність створення нових уявлень, повну неможливість якої б то не було комбінації звичних величин. Одне з цих явищ - дифракція електронів, яка дала перше безпосереднє дослідне обгрунтування хвильової природи руху. Ця електронна дифракція стала одним з широко поширених методів вивчення структури поверхневих шарів і кристалів, дослідження корозії та поверхневого каталізу. Електронна дифракція, поряд з рентгенівською дифракцією, стає методом не тільки фізичних досліджень, а й технічного контролю. Це вже область, багата експериментальними фактами.
Чи будемо ми розглядати дифракцію електронів при проходженні їх через два близьких отвори або при відбитті від ряду послідовних атомних шарів кристала, нам доведеться припустити, що одні й ті ж електрони одночасно проходять через обидва отвори або відображаються послідовно від цілого ряду шарів, незважаючи на те що потім ми можемо їх виявити як окремі електрони, сконцентровані в дуже малому обсязі, і що можемо навіть спостерігати шляху, пройдені окремим електроном після дифракції.
Інше явище - проходження електронів крізь енергетичні бар'єри, що значно перевищують їхню поживу, кінетичної енергії. Це явище ми спостерігаємо в фотоефекті, в поганих контактах, в атомному ядрі. Застосовуючи поняття про певну швидкості електрона в певній точці простору всередині бар'єру, довелося б визнати нею швидкість уявної, його кінетичну енергію негативною. Всі ці труднощі усуваються принципом невизначеності і виникають тому, що ми намагаємося пояснити нові явища старими, абсолютно для них непридатними, безглуздими в цій області уявленнями. Також безглуздо, наприклад, визначати щільність тіла в ділянках розміром в 10 ~ 9 см, хоча в це визначення і можна вкласти певний сенс.
Таким чином, хвильові представлення в атомній фізиці наполегливо диктуються нашим досвідом і неминуче вимагають створення нових, нам ще не звичних, що не допускають наочного тлумачення законів. Поки вони описуються рівняннями Шредінгера.
З іншого боку, напрямок Борна і Гейзенберга теж на перших же кроках отримало блискуче підтвердження. За допомогою матричної механіки вдалося визначити інтенсивність ліній, розібратися в явищах Штарка і Зеємана, дати їм кількісну теорію і т. д.
Таким чином, нова квантова механіка, хоча з моменту її народження минуло ще небагато років, обгрунтовано досвідом не менш міцно і не менш широко, ніж стара квантова механіка, електромагнітна теорія Максвелла або ньютонова механіка. Безсумнівно, що дуалізм частки і хвилі неразрешим в рамках тих величин і уявлень, якими ми описували і пояснювали навколишні нас макроскопічні явища.
Просте розгляд будь-якого з фактів атомної фізики, а вони анітрохи не стали гірше від того, що є новими, з неминучістю приводить нас до висновку, що тут потрібні нові поняття, нову мову.
Ці нові уявлення шукає і Дірак у своїх рівняннях, і Шредінгер в хвильової механіки, і Гейзенберг у своєму принципі невизначеності. Ці нові методи ще недосконалі, їм ще не вдається дати закінчені, суворо систематичні формулювання, подібні системі класичної механіки Ньютона, тим не менш це риси тієї нової картини світу, яку ми бачимо поки в окремі просвіти в тому чи іншому аспекті. Кожне з цих уявлень є великий і безсумнівно позитивний крок вперед, і кожне з них, мені здається, якщо його правильно розібрати, є одне з нових підтверджень діалектичного матеріалізму. Вони зайвий раз показують, наскільки реальний, поза нами існуючий світ складніше, багатостороннє, ніж ті схеми, які ми створили на основі минулого досвіду, як цей світ розкривається нам у своїх проявах шляхом окремих суперечливих аспектів, діалектично об'єднуються в міру накопичення досвіду в активному практичному застосуванні. У труднощах і суперечностях сучасної теорії закладені нові узагальнення, новий синтез.
Критерієм цінності нових теорій є їх відповідність усій сукупності нашого досвіду. А цей іспит теорії Дірака, Шредінгера та Гейзенберга витримали. Звичайно, ці нові уявлення торкнулися дуже багато чого з логічних звичок і макроскопічного досвіду і боляче вдарили по нашій психологічної ліні. Якщо б ми були махістами, це було б, мені здається, переконливим запереченням. Може бути, неекономно перебудовувати все наше світогляд для того, щоб правильно описати певну групу явищ. Чи не простіше поступити так: все колишнє чудово можна описувати по-старому, а для нового можна додати які-небудь мнемонічні правила. Це буде набагато економніше. Якщо ми не впевнені, що тут проявляються властивості реального, поза нами існуючого світу, то навряд чи варто виробляти таку докорінну ломку і створювати собі такі психологічні неприємності.
Принцип невизначеності є однією з нових і, мені здається, дуже позитивних форм опису істоти тих нових властивостей, які ми побачили в природі, коли підійшли до атомних явищ. Він неминуче вносить новий зміст у розуміння причинності, яка існує в природі.
Ми думали, що лише макроскопічні, явища являють собою результат статистичної гри якихось елементарних процесів, а елементарні механічні або електродинамічні явища підпорядковуються однозначно законами механіки. Чому ми так думали? Та просто тому, що ми нічого про них не знали. Діалектично ліг було так думати? Я б сказав - ні. Вважати, що різноманітність природи обмежується атомами і па цьому й кінчається, - навряд чи діалектично. Насправді, коли ми підійшли до цих атомам, то виявилося, що атоми не тільки складні тіла - це нас не здивувало, але що закони їх зовсім не прості елементарні закони звичайної механіки, цілком перенесені в атомні розміри, що й тут та ж статистика , то ж колосальна різноманітність. В основі грубої статистики лежить не однозначна механіка, а знову ж таки та ж багатозначна атомна статистика. Принцип невизначеності - це другий принципово новий крок у метрології, в науці про виміри, що дозволяє кількісно вивчати природу. Перший суттєвий крок був зроблений теорією відносності.
До теорії відносності ми не ставили собі питання про те, як слід проводити вимірювання при швидкому русі. Звичайно досить приставити масштаб і відрахувати його свідчення у двох позначок: тут 12, там 34, значить, відстань дорівнює 22. Але виявилося, що, коли тіло швидко рухається, цей прийом не годиться: поки подивилися на один кінець, інший від'їхав і відлік втрачає сенс. Потрібно було розібратися в тому, що значить вимірювати об'єкт, що рухається; приватна теорія відносності і дає відповідь, як у такому разі діяти. Вона дає єдиний логічно можливий, що випливає з наших знань про природу метод. Найкраще знаряддя виміру - світло, але він рухається з кінцевою швидкістю, і це призводить до тих особливостей виміру простору і часу, які дає теорія відносності. Це перший етап метрології.
Але, вимірюючи якусь величину, ми повинні пам'ятати, що при будь вимірі можлива помилка. Ми і тут надходили некритично; ми міркували так: цей прилад дає таку-то помилку, а інший - іншу. Прилади наші взагалі недосконалі. Але якщо б вони були досконалі, ми могли б вимірювати з якою завгодно точністю. Чому це так? Тільки тому, що ми були далекі від істинного межі точності. Якщо ви знаєте, що нічого кращого світлового променя для вимірювання немає, а світловий промінь - це сукупність квантів, значить, в природі немає нічого, що могло б бути виміряна з точністю кванта. Але не в цьому тільки справа. Дуалізм частинки матерії виявив більш глибокі сторони цього явища. Виявляється, що існує принципова межа точності, що випливає з основних властивостей матерії. Ще на самому початку нашого століття перші квантова теорія променистої енергії
Плапка примушена була розбити фазовий простір на окремі ділянки, площа яких дорівнює постійної Планка. Нічого іншого не стверджує принцип невизначеності. Він тільки більш послідовний. За Планку, в самому просторі як би були вже тверді перегородки, хоча вони визначали не окремі координати, а їх твори, площі. Тільки перехід з одного майданчика в іншу є реальне явище. Тепер немає перегородок, але розмір майданчика - це межа невизначеності. Отже, ми не можемо точно задати початковий стан. Раніше ми без всяких підстав вважали, що можемо, тому тільки, що ми не ставили перед собою цього питання. А якщо, як виявляється, його задати не можна, то ніяка механіка не може дати однозначної передбачення того, що станеться. Неможливість однозначної причинності просто витікає з того, що апріорні передумови, які колись робилися без всяких підстав, виявилися невірними. Початкові стану в тому вигляді, як це потрібно для розрахунку, задавати не можна.
Чи випливає з цього, що тепер є свобода волі замість причинності? Я недавно був на Дніпробуді і не бачив, щоб він вередував. Він діє за справжнісіньким законами, як і слід за принципом невизначеності Гейзенберга, і свободи волі не проявляє. Це не жарт. Насправді макроскопічні явища, на вивченні яких побудований наш досвід, протікають, звичайно, закономірно. Але в основі цієї закономірності лежить статистика - і далі, як виявилося, ще більш глибока статистика статистик.
В якій мірі це порушує наше основне логічне поняття причинності? Мені здається, що ні в якій мірі. Тут є тільки його уточнення, його поглиблення, але не його заперечення. Треба пам'ятати, що невизначеність відноситься тільки до тієї нової області внутрішньоатомних явищ, які мають розмір, який можна порівняти з довжиною хвилі атомних рухів, тільки в таких мільярдних частках міліметра ці властивості і проявляються.
Чому ми це положення речей сприймаємо як нове утруднення? Причина тут ось в чому. Якби ми задовольнилися хвильової картиною опису, то не було б ніяких труднощів. Вона визначається однозначно. Труднощі виникає тому і лише через те, що ми фактично вміємо спостерігати не тільки цю хвильову статистику, але й елементарні електрони, окремі атоми, окремі молекули. Ми не може задовольнятися статистичної трактуванням хвильової картини, так як вона не вказує, де і в якому місці ми зловимо цей електрон, а визначає ймовірність знаходження його в тому чи іншому місці.
Мені здається, що більш детальний розбір того, що випливає з принципу невизначеності, змушує вважати його дуже великим досягненням, що ллє воду на млин діалектичного матеріалізму, а не якимось підводним каменем.
Але, окрім принципу невизначеності, який зовсім не страшний, а, навпаки, являє собою розвиток і конкретизацію діалектичних поглядів на природу, нова фізика висуває цілий ряд інших більш складних проблем. З того ж закону статистичної закономірності випливає дуже мало наочне наслідок - позбавлення частки її індивідуальності. Маючи сукупність частинок, ми можемо сказати, що тут знаходиться 2360 ТОВ цих частинок, і в той же час одна частка не тільки відрізнити від іншої, але не має своєї індивідуальності. Нічого фізично не означає, що якась одна частка стала на місце іншої, а інша - на місце першої. Від такого подання треба відмовитися. Цього вимагає практичне застосування нової статистики фотонів для променистої енергії, статистики електронів в металах, статистики газових молекул р обчислення хімічних постійних. Нарешті, саме на відсутності індивідуальності, на необхідності розглядати дві окремі взаємодіючі частинки як одну неподільну систему заснована вся хімія. Всі основні взаємодії, з якими ми маємо справу, хімічні і молекулярні, зводяться, поряд з електростатики, до сил обміну, які саме в тому й полягають, що два електрона двох частинок являють собою як би подвійний електрон, він може бути в одній і іншій частці, може обмінятися місцями, і результат цього проявляється як нова система сил, яка грає в природі вирішальну роль. Це можна пояснити і більш наочно. Ви можете уявити собі ці атоми оповитими хмарами електронів. Це електронне хмара, що зв'язує атоми, відповідає в усіх деталях тим валентностями, якими здавна користувалися в хімічній науці. Питання про втрату індивідуальності частками принципово більш важливий, ніж нова форма причинних зв'язків, з якою він, втім, тісно пов'язаний.
Нарешті, невичерпна криниця труднощів (в тому сенсі, що все нове важко) мається на нові факти, розкритих вивченням атомного ядра приблизно з 1932 р. Перш за все виявилося, що коли ми від 100-мплліонних часткою сантиметри перейшли до трильйонним часткам сантиметра, до ядра , то тут і квантова механіка виявилася безсилою, принаймні по відношенню до легких частинок, до електронам. Електрон в ядрі втратив свої властивості, йому там немає місця. Як відомо, ці труднощі електрона в ядрі як раз і показали межа застосовності квантової механіки, показали, що тут ми вступаємо в нову область явищ, для якої непридатна вся та система уявлень, яка тільки що створена нової хвильової механікою. Тут і виникло питання про справедливість закону збереження енергії. На цю постановку питання у нас накинулися як на якесь злочин проти діалектичного матеріалізму (звичайно, це стосується далеко не всім філософам, але до дуже багатьох з них). Я впевнений, що таке звинувачення є досконале нерозуміння основ діалектичного матеріалізму. Навпаки, цілком можливо, що, переходячи в нову, недосліджену область при такому різкому кількісній зміні масштабу, ми натрапимо на нові якісні властивості. У цьому не було б нічого дивного, і заперечувати це заздалегідь ні в якому разі не можна. Кожен закон природи, зокрема і закон збереження енергії, не апріорний закон, не якась категорія нашої свідомості, а результат узагальнення досвіду, великої практики. Ніякої досвідчений закон не може претендувати на те, щоб бути обов'язково справедливим для такої області явищ, яка вперше стає доступною досвіду. Святих законів у фізиці не може бути, закон збереження енергії теж не є святий закон, і канонізувати його немає ніяких підстав. Однак, на мою думку, немає підстав вважати, що ті факти, які змусили засумніватися в законі збереження енергії, його дійсно спростовують.
З того, що в новій галузі при різкому кількісній зміні можуть бути встановлені нові якісні закономірності і що навіть закон збереження енергії може змінитися, не випливає, що неодмінно кожен раз, коли ми підходимо до нового явища, потрібно перш за всією вважати всі колишні узагальнення невірними.
Насправді подальший хід дослідів підтвердив, що достатніх підстав для відмови від закону збереження енергії в ядрі не було. За відмову говорив тільки той факт, що радіоактивні речовини випускають електрони (бета-промені) різноманітних швидкостей, хоча можна було думати, що при радіоактивних процесах ядра переходять з одного певного стану в інший стан настільки ж певної енергії. Це не відповідає схемі збереження енергії. Але тому, що самий закон збереження енергії невірний, або тому, що ми знаємо тільки частина явища? Аналогічних протиріч можна знайти скільки завгодно. Наприклад, склянка чаю охолоджується на столі. Що ж, значить, закон збереження енергії невірний? Ми знаємо, як насправді йде справа, і якщо розглянути, що відбувається в повітрі, то можна знайти зниклу енергію. Тому не було достатніх підстав стверджувати, що в ядрі ми натрапили на протиріччя в самому законі, а не на деяку неповноту наших знань.
Паулі припустив, що, може бути, разом з електронами з ядра вилітає і ще що-небудь, що віднімає частину енергії. Те, що вилітає, не може володіти зарядом, так як не змінює заряду ядра. Ці нейтральні частинки повинні мати і дуже малою масою, раз ми не помічаємо їх ударів об інші ядра. Це-нейтрино.
Якщо правда те, що енергія при переході розподіляється між видимим, вимірюваних електроном і йдуть, непомітним для нас нейтрино в різних пропорціях, то крайньою межею буде той, коли вся енергія була б поглинена електроном, а нейтрино отримали б її мало або майже нічого. Але тоді найбільша енергія, яку отримує електрон, і буде усією енергією. Це ті випадки, коли на частку нейтрино майже нічого не залишається. Тому найвища швидкість випускаються електронів повинна відповідати всій енергії, яка звільняється в ядрі.
І ось нещодавно Елліс дуже ретельними і надзвичайно точними спостереженнями з переконливістю показав, що саме для цієї межі, тобто для енергії, що втрачається ядром, ні найменшого відступу від закону збереження енергії немає.
Таким чином, закон збереження енергії до справжнього моменту поки збережено. Не можна стверджувати, що для цього немає іншого шляху, крім нейтрино. Це тільки один з можливих способів, який підтверджує, втім, і іншими явищами. На основі цього подання Фермі створив теорію випускання бета-променів, яка знаходиться в хорошому злагоді із досвідом. Таким чином, нейтрино має поки дві точки опори. Може бути, цього недостатньо для повної стійкості і достовірності, але деяку можливість існування ці дві точки дотику з досвідом йому дають.
Разом з цим нейтрино і з твердо встановленим нейтроном в наші уявлення про зовнішній світ входить щось нове і дуже суттєва. У результаті еволюції, яка виявилася на момент написання книги Леніна, у нас було порівняно просте уявлення про енергію, матерії, речовині і т. д. Ми уявляли собі справу так, що матерія є сукупність електричних зарядів.
Ці електричні заряди в залежності від відстані та їх руху володіють певною енергією. Міра енергії, якою володіє дана система електронів, є маса, яка вимірюється вагою даної системи. Значить, зважування визначає запас енергії, яку має електрична матерія. Матерія була носієм енергії або маси тіла - дуже проста і зручна концепція, що виходила з того, що вся фізична матерія складається з електричних зарядів.
Це уявлення тепер уже під сумнівом, оскільки, крім протонів і електронів, а потім і позитронів, з'явилися ще нейтрони, а потім і нейтрино. У фізичної матерії є і електрична, і неелектричних частини. Звичайно, може бути, нейтрон представляє собою систему електричних зарядів. Більш спірно таке припущення стосовно нейтрино, якщо він існує. Абсолютною необхідності стверджувати, що існує іеелектріческая матерія, немає, але до цього потрібно бути готовим. З дня на день факти можуть нас підвести до того, що ми повинні буде відмовитися від універсальності електричної природи матерії.
Інша область фактів - це явища, які носять дуже дивні назви: анігіляція матерії і матеріалізація енергії і, звичайно, дуже легко можуть послужити підставою для будь-якої ідеалістичної філософії, так само як в 1908 р. твердження, що матерія зникла. Самі факти тим не менше існують.
Знову-таки в даний момент не можна ще з повною впевненістю сказати, чи відбувається таке явище, що позитрон з'єднується з електроном в порожньому просторі і єдиним результатом при цьому виявляється випускання двох світлових квантів. Але є підстави думати, що це може відбуватися в природі.
Очевидно, звичайно, що філософська система, і зокрема система матеріалізму, не може бути спростована або доведена таким досвідом: якщо виявиться, що позитрони анігілюють тільки близько ядра, то матеріалізм правильний, а якщо анігіляція має місце поза ядра, то матеріалізм треба відкинути. Звичайно, від того чи іншого рішення цього досвіду зовсім не може змінитися визнання існування зовнішнього світу, але дуже сильно зміниться конкретний зміст того, що ми розуміємо під фізичною матерією і її співвідношенням з енергією.
Якщо, дійсно, позитивний і негативний електрони, з'єднавшись, можуть створити світловий квант і навпаки, то у нас є наступна альтернатива. Користуючись колишніми нашими уявленнями і пристосовуючи їх до цих нових фактів, ми могли б продовжувати вважати заряд матерією, але тоді матерія повинна бути алгебраїчної, а не арифметичної, матерія може бути позитивною і негативною, плюс і міпус можуть взаємно знищуватися. Звідси стає очевидним, які труднощі пов'язані з такого роду узагальненням поняття про фізичну матерії, з переходом від арифметики до алгебри.
Якщо ж виходити з того, що матерією може бути тільки те, що зберігається, причому зберігається арифметично, тобто буквально, а не в розширеному алгебраїчному сенсі, то можна вважати матерією енергію, єдину зараз величину, яка не зникає і не створюється ніде . І цей вихід не позбавлений нових великих труднощів. Добре було уявити собі, що матерією є заряд, а ця електрична матерія є носієм енергії. Якщо сама енергія і є фізична матерія, то уявлення про матерію як носії цієї енергії і про енергію як одному з властивостей цього носія відпадає - сама енергія стає тоді матерією.
Я хотів цими прикладами тільки вказати на нові, по-моєму, дуже серйозні проблеми, які ставляться сучасною фізикою. І мені здається, що активна методологія і філософія фізики повинні вже зараз аналізувати ці передові питання фізики, підготовляючи грунт для. творчої роботи. Марксистська філософія повинна йти в ногу з сучасною фізикою, ставлячи і висвітлюючи передові її проблеми не тільки тоді, коли ідеалісти починають тлумачити і наводити туман навколо нових фактів. Ще в ході дослідження, коли ці факти з'ясовуються і вивчаються, потрібно давати їм правильну, методологічно чітку інтерпретацію і ясний аналіз всіх належних можливостей.
25 років розвитку атомної фізики дали стільки наочних підтверджень марксистської філософії, що вони повинні були б вдумуємося в хід цього розвитку фізика привести до єдино можливої методологічної позиції, до позиції діалектичного матеріалізму.
І насправді багато фізиків чітко зрозуміли,, що це єдиний шлях для правильного розуміння історії фізики. У 1933 р. на фізико-хімічному конгресі Ланжевен висловився в тому сенсі, що хочемо ми чи не хочемо марксизму, але іншого виходу немає - вся історія веде нас до нього, як до єдино можливої теорії. На ще більш виразною марксистської позиції стоїть інший великий учений сучасності - Блеккет, один з провідних фізиків в області вчення про ядро, і цілий ряд інших. Якщо розібратися в поглядах Бора, то безперервно їм застосовується слово «діалектика» насправді означає, що він зовсім не так далекий від діалектичного розуміння фізики.
Дозволю собі нагадати ті риси в історії фізики, які особливо переконливі в цьому відношенні. Перш за все, зауважу, що хоча вийшла в 1909 р. книга Леніна була присвячена боротьбі з махізмом, в самій фізиці махізм, власне кажучи, вже втратив коріння, що Ленін і показав. Махізм був запізнілим філософським відображенням наукової системи, яка існувала до Маха, в 1855 - 1895 рр.., Коли розвинулася феноменологічна фізика на підставі рівнянь термодинаміки, теорії суцільності, теорії пружності та рівняння Максвелла. Це чиста теорія суцільності і термодинаміка дійсно були областю, де феноменологічний метод один час
, Був основним методом фізичного дослідження. Але XX ст. з самого початку характеризується відмовою від феноменологічної фізики. З 1900 по 1925 р. ми завжди шукали механізм явище, а не формальні закони. Весь сенс цієї епохи фізики полягав у визнанні реальності зовнішнього світу, у розкритті внутрішнього механізму явищ природи. Так що в той час, коли погляди Маха стали проникати в філософію і отримали тут настільки широкий розвиток, що стали знаряддям реакції, політично небезпечним явищем, в цей час вони вже не відповідали змісту самої фізики. Серед фізиків махізм і не зустрічав особливого співчуття, тому що він гальмував творчу роботу. Для фізики це була реакційна філософія. Останнім її успіхом було самогубство Больцмана в 1906 р. З 1905 р. атомізм переміг.
У цю епоху з надзвичайною яскравістю виявилася найтісніший зв'язок між наукою і продуктивними силами, зокрема технікою.
Поява авіації і швидко обертових машин зажадало зовсім іншого підходу до вивчення матеріалів. Явище втоми зробилося лімітуючим властивістю матеріалу. Тут феноменологічна теорія суцільності виявилася абсолютно недостатньою, знадобилася і в зв'язку з цим дуже широко розвинулася ціла система вивчення структури кристалів та інших тіл. Радіотехніка і високовольтна техніка, яка зараз вже досягла 200 000 В, наполегливо вимагали вивчення механізму електричних явищ; під їх впливом розвинулася вся електронна фізика. Розвиток нових джерел світла точно так само стимулювало й безпосередньо рухало розвиток вчення про випромінювання. Автоматизація, яка відіграє все більшу і більшу роль у міру зміцнення виробництв та об'єднання заводів у великі технічні комбінати, разом з радіо активно сприяла вивченню фотоефекту, напівпровідників як вузлової проблеми фізики, появи електронного мікроскопа. Все це - великі галузі фізики, створені завдяки розвитку відповідної техніки. Нарешті, необхідність використання бідних руд призвела до вчення про флотації, до вчення про адсорбції.
Останнє, про що я в цьому зв'язку хочу згадати, полягає в наступному. Цікаво, що і вчення про атомному ядрі у своєму розвитку тісно пов'язаний з прогресом техніки. Коли техніка високовольтних передач стала перед завданням переходу на постійну напругу і перед завданням випрямлення змінного струму, коли були створені перші випрямлячі на півмільйона вольт, за допомогою яких вдалося зруйнувати атом літію, а потім цілий ряд інших, почався новий етап розвитку вчення про ядро.
Дуже цікаво, що виросло на основі техніки дослідження атомного ядра в свою чергу вже починає впливати на неї. Для вивчення ядра необхідно перейти до мільйонів вольт; створюються нові шляхи сверхвисоковольтной техніки, які піднімають її на більш високу ступінь. Таким чином, па цьому прикладі ми ясно бачимо взаємозумовленість техніки та наукового дослідження.
Перейду до ряду інших наочних підтверджень діалектичного ходу розвитку фізики. Абсолютно ясно видно перехід кількості в якість на певному етапі кількісних змін. Перехід від макроскопічних величин до молекулярної теорії висунув статистичну фізику як абсолютно нову форму закономірностей, що проявилася в цій саме області. Перехід до будови атомів викликав появу нової квантової механіки. Подальший перехід від атома до атомного ядра веде до релятивістської квантової механіки, лише неясні контури якої вже видніються, якої ми ще не знаємо.
Точно так само не викликає сумнівів розвиток у бік синтезу протилежностей. Переривчастість і безперервність у сучасній картині синтезовані з деякою вищої точки зору, а не з'єднані частки і хвилі, електромагнітне поле і заряд.
Потім діалектично неминуче безперервне узагальнення наших приватних знань про природу в більш загальну картину. Старе з'єднання теплоти і роботи в поняття про енергію, узагальнення цієї енергії з масою в одне вже більш загальне поняття про енергію, що включає масу, об'єднання цієї енергії з кількістю руху в один тензор, об'єднання простору і часу в чотиривимірний картині і т. д.
Типова риса діалектичного опису явищ - це заміна двох крайнощів, «так» і «ні», цілої безперервної ланцюгом проміжних ступенів. Візьмемо поня1іе про ступінь свободи, яка на початку цією періоду розглядалася чисто арифметично: ступінь свободи чи присутній, або її зовсім немає. Як відомо, зараз це поняття замінено безперервним включенням цієї міри свободи, від повної її відсутності аж до повного її появи.
Нас цікавили метали та ізолятори. Зараз ми концентруємо свою увагу на напівпровідниках, які дають безперервний міст між цими двома крайностями. Тільки вивчення напівпровідників і дозволяє іс-п'ять два крайні випадки: провідника і ізолятора, якими займалася фізика колишніх десятиліть. Прірва між кристалом і рідиною також заповнилася «багатим різноманітним змістом - аморфними тілами.
Нарешті, остання риса діалектичного матеріалізму, яку підкреслює і Ленін у своїй книзі, - це невичерпність матерії. Матерія, яка спочатку складалася з окремих молекул, потім молекули - з атомів, атоми - з ядра та системи електронів, ядра - з протонів і нейтронів, потім з'явилися позитрони, нейтрино і т. д., розвивається як невичерпне багатство і розмаїття матерії, а не як деяка дитяча система камінчиків, з яких все побудовано.
Саме в цьому ж сенсі я розумію розвиток статистичних закономірностей, виражають надзвичайну, неозору складність механіки, перехід від статистичних закономірностей макрокосмосу до статистичних самим закономірностям в мікроскопічному світі атомів.
У такій же мірі, як діалектичний матеріалізм, виправдовується і історичний матеріалізм, можливо, політично найбільш важливий: зв'язок розвитку науки з розвитком соціальних відносин, зв'язок не тільки з технікою у вузькому сенсі слова, але і з станом продуктивних сил взагалі, з соціальними відносинами і з соціальними умовами. На превеликий жаль, наша марксистська критика в цьому напрямку майже нічого не зробила. А я думаю, що це один з найважливіших питань. Наприклад, не зачеплена таке завдання, як виявлення специфічних рис розвитку науки в наших радянських умовах. Історично вперше наука поставлена в зовсім інші соціальні умови, зовсім інші виробничі відносини, поряд і у взаємодії з наукою капіталістичної. Мені не відомо жодного дослідження, жодної спроби розібратися в тому, як зміна соціальних відносин позначилося на розвитку науки. Мені здається, що це завдання надзвичайно вдячна п надзвичайно важлива.
На закінчення я хотів би сказати кілька слів з питання про союз матеріалістів-діалектиків з натуралістами для боротьби з ідеалізмом. Не тільки від своєї особи, але і від імені переважної маси всіх фізиків СРСР я можу сказати, що ми всіляко вітаємо такий союз. Я думаю, не тільки на словах, а й на ділі ми вже показали, що прагнемо до нього. Але твердження того, що він вже здійснився, було б, мабуть, занадто оптимістично і дуже далеко від істини.
Ми охоче готові боротися з ідеалізмом, і ми дуже добре розуміємо його небезпека і його шкода. Ми знаємо, що па грунті кризи, на грунті фашизму виростає ідеалізм, який намагається витлумачити кожен новий факт на свою користь. Ми ясно бачимо величезну шкоду його для науки і ще більшої шкоди для політичного розвитку: ідеалізм підтримує капіталістичну систему, послаблює боротьбу за звільнення від її гніту. І тому ми готові всіма силами боротися з ідеалізмом. Але як з ним боротися? Я думаю, що боятися нового тому, що в ньому може виявитися ідеалістичний душок, і тому топтатися на місці, - це метод, яким нікого не переможеш. Треба йти вперед, потрібно створювати свої теорії на противагу ідеалістичним теоріям, своє розуміння нових ідей, підриває грунт всяких ідеалістичних спроб. Потрібно висвітлити наш шлях фарами правильної теорії - це кращий спосіб розвіяти містичний туман ідеалізму.
У чудовій книзі Леніна «Матеріалізм і емпіріокритицизм» ми знайдемо вказівки і для цього моменту. Ленін знав фізику так, як дуже добре було б знати її багатьом сучасним її критикам. Він знав дивовижні з точки зору «здорового глузду» речі, про які я говорив спочатку. Але тим не менш пі рядка в усій його книзі ви не знайдете, в якій би він стверджував, що Абрагам - ідеаліст, тому що він масу назвав здається, або що Планк - ідеаліст, тому що він променистої енергії приписав масу і вважав її лише коефіцієнтом .. Навпаки, кожне нове, розширене, хоча й незвичне, розуміння фізичних явищ Ленін сприймає як блискуче підтвердження діалектичного ходу розвитку, як прояв величезного розмаїття невичерпної реальної матерії. Тому ми весь час повинні перебудовувати свої погляди. У цьому гідність, в цьому головна перевага діалектичного методу. Ленін казав, що фізики в основному, звичайно, матеріалісти, тому що вони займаються вивченням зовнішнього світу. Вважати, що цей світ нами ж створено, що його реально не існує, і все-таки вивчати його властивості - це досить-таки невдячне завдання для фізики. Навіщо займатися фізикою? Навіщо вивчати світ, коли ви самі можете побудувати його як хочете, - це набагато цікавіше. Ленін показав, що матерія зникла не в фізиці, а у слабких головах ідеалістичних філософів.
Чи не дивно, що в пряму протилежність Леніну деякі і зараз вважають ідеалістами окремих активних фізиків, які прагнуть знайти ті нові уявлення, які адекватно висловили б властивості поза нами існуючої матерії. Щось негаразд! І Бор, і Шредінгер, і Дірак, і Гейзенберг, і Френкель, і рішуче всі, хто прагне знайти адекватне вираження властивостей мікрокосмосу атомного світу, всі вони ідеалісти! Навпаки, їх незвичні нам уявлення, в тому числі і повое уявлення про причинність і принцип невизначеності, - блискуче підтвердження і збагачення змісту діалектичного матеріалізму. Коли в популярних роботах і книжках вони пускаються в філософські узагальнення своїх наукових пошуків, тоді, звичайно, на філософії деяких з них позначається вплив тих соціальних умов, в яких вони перебувають, і тих соціальних завдань, які вони виконують свідомо чи несвідомо. Я не хочу сказати, що все те, що говорить Гейзенберг, - свята істина й діалектичний матеріалізм. Це, звичайно, не так. Але наукова теорія - це є теорія матеріалістична, тобто найбільш повне наближення до реального, поза нами існуючого світу.
Мені здається, що і зараз ще є деякі не цілком пережиті залишки старого. Такого продовжувача Леніна, який з того моменту, до якого дійшов 25 років тому Ленін, в тому ж дусі, як це робив Ленін, з таким же знанням фізики і з такою ж здатністю діалектично тлумачити й оцінювати новітні шляхи її розвитку йшов би в передових рядах нашого знання, - такого продовжувача ще немає.
З великим задоволенням ми бачимо, що останнім часом з'являється прагнення йти вперед, а не тільки критикувати старе. Ознаки цього є, і їх потрібно всіляко вітати. З великою радістю приймаючи заклик до союзу, я хотів би укласти союз не тільки на боротьбу з ідеалізмом (це, звичайно, необхідно), але і на рух науки вперед, в той бік, яка для нас найбільш істотна. Ми хочемо пізнати природу для того, щоб її змінити, для того, щоб нею оволодіти, для того, щоб рабство і пригнічення були знищені не тільки на одній шостій частині земної поверхні, для того, щоб створити нове комуністичне суспільство у всьому світі. Це і є насправді та головна пружина, яка всіма нами рухає.
Для того щоб це було, нам потрібно захопити самим передові позиції, потрібно сміливо рухатися вперед, не боячись помилок, тому що у нас є прекрасне зброю, яке нас від них охороняє. Наша теорія будується не в безповітряному просторі, ми створюємо теорію реально існуючого світу, і реальні прояви цього світу, то відображення, яке він отримує в наших відчуттях, дає нам метод перевірки практикою. Досвід, практика дають нам гарантію того, що ми не побудуємо абстрактної ідеалістичної схеми, а у своїх теоріях будемо все більше наближатися до пізнання дійсного світу, який ми хочемо дізнатися і який ми хочемо переробити.
Принцип невизначеності є однією з нових і, мені здається, дуже позитивних форм опису істоти тих нових властивостей, які ми побачили в природі, коли підійшли до атомних явищ. Він неминуче вносить новий зміст у розуміння причинності, яка існує в природі.
Ми думали, що лише макроскопічні, явища являють собою результат статистичної гри якихось елементарних процесів, а елементарні механічні або електродинамічні явища підпорядковуються однозначно законами механіки. Чому ми так думали? Та просто тому, що ми нічого про них не знали. Діалектично ліг було так думати? Я б сказав - ні. Вважати, що різноманітність природи обмежується атомами і па цьому й кінчається, - навряд чи діалектично. Насправді, коли ми підійшли до цих атомам, то виявилося, що атоми не тільки складні тіла - це нас не здивувало, але що закони їх зовсім не прості елементарні закони звичайної механіки, цілком перенесені в атомні розміри, що й тут та ж статистика , то ж колосальна різноманітність. В основі грубої статистики лежить не однозначна механіка, а знову ж таки та ж багатозначна атомна статистика. Принцип невизначеності - це другий принципово новий крок у метрології, в науці про виміри, що дозволяє кількісно вивчати природу. Перший суттєвий крок був зроблений теорією відносності.
До теорії відносності ми не ставили собі питання про те, як слід проводити вимірювання при швидкому русі. Звичайно досить приставити масштаб і відрахувати його свідчення у двох позначок: тут 12, там 34, значить, відстань дорівнює 22. Але виявилося, що, коли тіло швидко рухається, цей прийом не годиться: поки подивилися на один кінець, інший від'їхав і відлік втрачає сенс. Потрібно було розібратися в тому, що значить вимірювати об'єкт, що рухається; приватна теорія відносності і дає відповідь, як у такому разі діяти. Вона дає єдиний логічно можливий, що випливає з наших знань про природу метод. Найкраще знаряддя виміру - світло, але він рухається з кінцевою швидкістю, і це призводить до тих особливостей виміру простору і часу, які дає теорія відносності. Це перший етап метрології.
Але, вимірюючи якусь величину, ми повинні пам'ятати, що при будь вимірі можлива помилка. Ми і тут надходили некритично; ми міркували так: цей прилад дає таку-то помилку, а інший - іншу. Прилади наші взагалі недосконалі. Але якщо б вони були досконалі, ми могли б вимірювати з якою завгодно точністю. Чому це так? Тільки тому, що ми були далекі від істинного межі точності. Якщо ви знаєте, що нічого кращого світлового променя для вимірювання немає, а світловий промінь - це сукупність квантів, значить, в природі немає нічого, що могло б бути виміряна з точністю кванта. Але не в цьому тільки справа. Дуалізм частинки матерії виявив більш глибокі сторони цього явища. Виявляється, що існує принципова межа точності, що випливає з основних властивостей матерії. Ще на самому початку нашого століття перші квантова теорія променистої енергії
Плапка примушена була розбити фазовий простір на окремі ділянки, площа яких дорівнює постійної Планка. Нічого іншого не стверджує принцип невизначеності. Він тільки більш послідовний. За Планку, в самому просторі як би були вже тверді перегородки, хоча вони визначали не окремі координати, а їх твори, площі. Тільки перехід з одного майданчика в іншу є реальне явище. Тепер немає перегородок, але розмір майданчика - це межа невизначеності. Отже, ми не можемо точно задати початковий стан. Раніше ми без всяких підстав вважали, що можемо, тому тільки, що ми не ставили перед собою цього питання. А якщо, як виявляється, його задати не можна, то ніяка механіка не може дати однозначної передбачення того, що станеться. Неможливість однозначної причинності просто витікає з того, що апріорні передумови, які колись робилися без всяких підстав, виявилися невірними. Початкові стану в тому вигляді, як це потрібно для розрахунку, задавати не можна.
Чи випливає з цього, що тепер є свобода волі замість причинності? Я недавно був на Дніпробуді і не бачив, щоб він вередував. Він діє за справжнісіньким законами, як і слід за принципом невизначеності Гейзенберга, і свободи волі не проявляє. Це не жарт. Насправді макроскопічні явища, на вивченні яких побудований наш досвід, протікають, звичайно, закономірно. Але в основі цієї закономірності лежить статистика - і далі, як виявилося, ще більш глибока статистика статистик.
В якій мірі це порушує наше основне логічне поняття причинності? Мені здається, що ні в якій мірі. Тут є тільки його уточнення, його поглиблення, але не його заперечення. Треба пам'ятати, що невизначеність відноситься тільки до тієї нової області внутрішньоатомних явищ, які мають розмір, який можна порівняти з довжиною хвилі атомних рухів, тільки в таких мільярдних частках міліметра ці властивості і проявляються.
Чому ми це положення речей сприймаємо як нове утруднення? Причина тут ось в чому. Якби ми задовольнилися хвильової картиною опису, то не було б ніяких труднощів. Вона визначається однозначно. Труднощі виникає тому і лише через те, що ми фактично вміємо спостерігати не тільки цю хвильову статистику, але й елементарні електрони, окремі атоми, окремі молекули. Ми не може задовольнятися статистичної трактуванням хвильової картини, так як вона не вказує, де і в якому місці ми зловимо цей електрон, а визначає ймовірність знаходження його в тому чи іншому місці.
Мені здається, що більш детальний розбір того, що випливає з принципу невизначеності, змушує вважати його дуже великим досягненням, що ллє воду на млин діалектичного матеріалізму, а не якимось підводним каменем.
Але, окрім принципу невизначеності, який зовсім не страшний, а, навпаки, являє собою розвиток і конкретизацію діалектичних поглядів на природу, нова фізика висуває цілий ряд інших більш складних проблем. З того ж закону статистичної закономірності випливає дуже мало наочне наслідок - позбавлення частки її індивідуальності. Маючи сукупність частинок, ми можемо сказати, що тут знаходиться 2360 ТОВ цих частинок, і в той же час одна частка не тільки відрізнити від іншої, але не має своєї індивідуальності. Нічого фізично не означає, що якась одна частка стала на місце іншої, а інша - на місце першої. Від такого подання треба відмовитися. Цього вимагає практичне застосування нової статистики фотонів для променистої енергії, статистики електронів в металах, статистики газових молекул р обчислення хімічних постійних. Нарешті, саме на відсутності індивідуальності, на необхідності розглядати дві окремі взаємодіючі частинки як одну неподільну систему заснована вся хімія. Всі основні взаємодії, з якими ми маємо справу, хімічні і молекулярні, зводяться, поряд з електростатики, до сил обміну, які саме в тому й полягають, що два електрона двох частинок являють собою як би подвійний електрон, він може бути в одній і іншій частці, може обмінятися місцями, і результат цього проявляється як нова система сил, яка грає в природі вирішальну роль. Це можна пояснити і більш наочно. Ви можете уявити собі ці атоми оповитими хмарами електронів. Це електронне хмара, що зв'язує атоми, відповідає в усіх деталях тим валентностями, якими здавна користувалися в хімічній науці. Питання про втрату індивідуальності частками принципово більш важливий, ніж нова форма причинних зв'язків, з якою він, втім, тісно пов'язаний.
Нарешті, невичерпна криниця труднощів (в тому сенсі, що все нове важко) мається на нові факти, розкритих вивченням атомного ядра приблизно з 1932 р. Перш за все виявилося, що коли ми від 100-мплліонних часткою сантиметри перейшли до трильйонним часткам сантиметра, до ядра , то тут і квантова механіка виявилася безсилою, принаймні по відношенню до легких частинок, до електронам. Електрон в ядрі втратив свої властивості, йому там немає місця. Як відомо, ці труднощі електрона в ядрі як раз і показали межа застосовності квантової механіки, показали, що тут ми вступаємо в нову область явищ, для якої непридатна вся та система уявлень, яка тільки що створена нової хвильової механікою. Тут і виникло питання про справедливість закону збереження енергії. На цю постановку питання у нас накинулися як на якесь злочин проти діалектичного матеріалізму (звичайно, це стосується далеко не всім філософам, але до дуже багатьох з них). Я впевнений, що таке звинувачення є досконале нерозуміння основ діалектичного матеріалізму. Навпаки, цілком можливо, що, переходячи в нову, недосліджену область при такому різкому кількісній зміні масштабу, ми натрапимо на нові якісні властивості. У цьому не було б нічого дивного, і заперечувати це заздалегідь ні в якому разі не можна. Кожен закон природи, зокрема і закон збереження енергії, не апріорний закон, не якась категорія нашої свідомості, а результат узагальнення досвіду, великої практики. Ніякої досвідчений закон не може претендувати на те, щоб бути обов'язково справедливим для такої області явищ, яка вперше стає доступною досвіду. Святих законів у фізиці не може бути, закон збереження енергії теж не є святий закон, і канонізувати його немає ніяких підстав. Однак, на мою думку, немає підстав вважати, що ті факти, які змусили засумніватися в законі збереження енергії, його дійсно спростовують.
З того, що в новій галузі при різкому кількісній зміні можуть бути встановлені нові якісні закономірності і що навіть закон збереження енергії може змінитися, не випливає, що неодмінно кожен раз, коли ми підходимо до нового явища, потрібно перш за всією вважати всі колишні узагальнення невірними.
Насправді подальший хід дослідів підтвердив, що достатніх підстав для відмови від закону збереження енергії в ядрі не було. За відмову говорив тільки той факт, що радіоактивні речовини випускають електрони (бета-промені) різноманітних швидкостей, хоча можна було думати, що при радіоактивних процесах ядра переходять з одного певного стану в інший стан настільки ж певної енергії. Це не відповідає схемі збереження енергії. Але тому, що самий закон збереження енергії невірний, або тому, що ми знаємо тільки частина явища? Аналогічних протиріч можна знайти скільки завгодно. Наприклад, склянка чаю охолоджується на столі. Що ж, значить, закон збереження енергії невірний? Ми знаємо, як насправді йде справа, і якщо розглянути, що відбувається в повітрі, то можна знайти зниклу енергію. Тому не було достатніх підстав стверджувати, що в ядрі ми натрапили на протиріччя в самому законі, а не на деяку неповноту наших знань.
Паулі припустив, що, може бути, разом з електронами з ядра вилітає і ще що-небудь, що віднімає частину енергії. Те, що вилітає, не може володіти зарядом, так як не змінює заряду ядра. Ці нейтральні частинки повинні мати і дуже малою масою, раз ми не помічаємо їх ударів об інші ядра. Це-нейтрино.
Якщо правда те, що енергія при переході розподіляється між видимим, вимірюваних електроном і йдуть, непомітним для нас нейтрино в різних пропорціях, то крайньою межею буде той, коли вся енергія була б поглинена електроном, а нейтрино отримали б її мало або майже нічого. Але тоді найбільша енергія, яку отримує електрон, і буде усією енергією. Це ті випадки, коли на частку нейтрино майже нічого не залишається. Тому найвища швидкість випускаються електронів повинна відповідати всій енергії, яка звільняється в ядрі.
І ось нещодавно Елліс дуже ретельними і надзвичайно точними спостереженнями з переконливістю показав, що саме для цієї межі, тобто для енергії, що втрачається ядром, ні найменшого відступу від закону збереження енергії немає.
Таким чином, закон збереження енергії до справжнього моменту поки збережено. Не можна стверджувати, що для цього немає іншого шляху, крім нейтрино. Це тільки один з можливих способів, який підтверджує, втім, і іншими явищами. На основі цього подання Фермі створив теорію випускання бета-променів, яка знаходиться в хорошому злагоді із досвідом. Таким чином, нейтрино має поки дві точки опори. Може бути, цього недостатньо для повної стійкості і достовірності, але деяку можливість існування ці дві точки дотику з досвідом йому дають.
Разом з цим нейтрино і з твердо встановленим нейтроном в наші уявлення про зовнішній світ входить щось нове і дуже суттєва. У результаті еволюції, яка виявилася на момент написання книги Леніна, у нас було порівняно просте уявлення про енергію, матерії, речовині і т. д. Ми уявляли собі справу так, що матерія є сукупність електричних зарядів.
Ці електричні заряди в залежності від відстані та їх руху володіють певною енергією. Міра енергії, якою володіє дана система електронів, є маса, яка вимірюється вагою даної системи. Значить, зважування визначає запас енергії, яку має електрична матерія. Матерія була носієм енергії або маси тіла - дуже проста і зручна концепція, що виходила з того, що вся фізична матерія складається з електричних зарядів.
Це уявлення тепер уже під сумнівом, оскільки, крім протонів і електронів, а потім і позитронів, з'явилися ще нейтрони, а потім і нейтрино. У фізичної матерії є і електрична, і неелектричних частини. Звичайно, може бути, нейтрон представляє собою систему електричних зарядів. Більш спірно таке припущення стосовно нейтрино, якщо він існує. Абсолютною необхідності стверджувати, що існує іеелектріческая матерія, немає, але до цього потрібно бути готовим. З дня на день факти можуть нас підвести до того, що ми повинні буде відмовитися від універсальності електричної природи матерії.
Інша область фактів - це явища, які носять дуже дивні назви: анігіляція матерії і матеріалізація енергії і, звичайно, дуже легко можуть послужити підставою для будь-якої ідеалістичної філософії, так само як в 1908 р. твердження, що матерія зникла. Самі факти тим не менше існують.
Знову-таки в даний момент не можна ще з повною впевненістю сказати, чи відбувається таке явище, що позитрон з'єднується з електроном в порожньому просторі і єдиним результатом при цьому виявляється випускання двох світлових квантів. Але є підстави думати, що це може відбуватися в природі.
Очевидно, звичайно, що філософська система, і зокрема система матеріалізму, не може бути спростована або доведена таким досвідом: якщо виявиться, що позитрони анігілюють тільки близько ядра, то матеріалізм правильний, а якщо анігіляція має місце поза ядра, то матеріалізм треба відкинути. Звичайно, від того чи іншого рішення цього досвіду зовсім не може змінитися визнання існування зовнішнього світу, але дуже сильно зміниться конкретний зміст того, що ми розуміємо під фізичною матерією і її співвідношенням з енергією.
Якщо, дійсно, позитивний і негативний електрони, з'єднавшись, можуть створити світловий квант і навпаки, то у нас є наступна альтернатива. Користуючись колишніми нашими уявленнями і пристосовуючи їх до цих нових фактів, ми могли б продовжувати вважати заряд матерією, але тоді матерія повинна бути алгебраїчної, а не арифметичної, матерія може бути позитивною і негативною, плюс і міпус можуть взаємно знищуватися. Звідси стає очевидним, які труднощі пов'язані з такого роду узагальненням поняття про фізичну матерії, з переходом від арифметики до алгебри.
Якщо ж виходити з того, що матерією може бути тільки те, що зберігається, причому зберігається арифметично, тобто буквально, а не в розширеному алгебраїчному сенсі, то можна вважати матерією енергію, єдину зараз величину, яка не зникає і не створюється ніде . І цей вихід не позбавлений нових великих труднощів. Добре було уявити собі, що матерією є заряд, а ця електрична матерія є носієм енергії. Якщо сама енергія і є фізична матерія, то уявлення про матерію як носії цієї енергії і про енергію як одному з властивостей цього носія відпадає - сама енергія стає тоді матерією.
Я хотів цими прикладами тільки вказати на нові, по-моєму, дуже серйозні проблеми, які ставляться сучасною фізикою. І мені здається, що активна методологія і філософія фізики повинні вже зараз аналізувати ці передові питання фізики, підготовляючи грунт для. творчої роботи. Марксистська філософія повинна йти в ногу з сучасною фізикою, ставлячи і висвітлюючи передові її проблеми не тільки тоді, коли ідеалісти починають тлумачити і наводити туман навколо нових фактів. Ще в ході дослідження, коли ці факти з'ясовуються і вивчаються, потрібно давати їм правильну, методологічно чітку інтерпретацію і ясний аналіз всіх належних можливостей.
25 років розвитку атомної фізики дали стільки наочних підтверджень марксистської філософії, що вони повинні були б вдумуємося в хід цього розвитку фізика привести до єдино можливої методологічної позиції, до позиції діалектичного матеріалізму.
І насправді багато фізиків чітко зрозуміли,, що це єдиний шлях для правильного розуміння історії фізики. У 1933 р. на фізико-хімічному конгресі Ланжевен висловився в тому сенсі, що хочемо ми чи не хочемо марксизму, але іншого виходу немає - вся історія веде нас до нього, як до єдино можливої теорії. На ще більш виразною марксистської позиції стоїть інший великий учений сучасності - Блеккет, один з провідних фізиків в області вчення про ядро, і цілий ряд інших. Якщо розібратися в поглядах Бора, то безперервно їм застосовується слово «діалектика» насправді означає, що він зовсім не так далекий від діалектичного розуміння фізики.
Дозволю собі нагадати ті риси в історії фізики, які особливо переконливі в цьому відношенні. Перш за все, зауважу, що хоча вийшла в 1909 р. книга Леніна була присвячена боротьбі з махізмом, в самій фізиці махізм, власне кажучи, вже втратив коріння, що Ленін і показав. Махізм був запізнілим філософським відображенням наукової системи, яка існувала до Маха, в 1855 - 1895 рр.., Коли розвинулася феноменологічна фізика на підставі рівнянь термодинаміки, теорії суцільності, теорії пружності та рівняння Максвелла. Це чиста теорія суцільності і термодинаміка дійсно були областю, де феноменологічний метод один час
, Був основним методом фізичного дослідження. Але XX ст. з самого початку характеризується відмовою від феноменологічної фізики. З 1900 по 1925 р. ми завжди шукали механізм явище, а не формальні закони. Весь сенс цієї епохи фізики полягав у визнанні реальності зовнішнього світу, у розкритті внутрішнього механізму явищ природи. Так що в той час, коли погляди Маха стали проникати в філософію і отримали тут настільки широкий розвиток, що стали знаряддям реакції, політично небезпечним явищем, в цей час вони вже не відповідали змісту самої фізики. Серед фізиків махізм і не зустрічав особливого співчуття, тому що він гальмував творчу роботу. Для фізики це була реакційна філософія. Останнім її успіхом було самогубство Больцмана в 1906 р. З 1905 р. атомізм переміг.
У цю епоху з надзвичайною яскравістю виявилася найтісніший зв'язок між наукою і продуктивними силами, зокрема технікою.
Поява авіації і швидко обертових машин зажадало зовсім іншого підходу до вивчення матеріалів. Явище втоми зробилося лімітуючим властивістю матеріалу. Тут феноменологічна теорія суцільності виявилася абсолютно недостатньою, знадобилася і в зв'язку з цим дуже широко розвинулася ціла система вивчення структури кристалів та інших тіл. Радіотехніка і високовольтна техніка, яка зараз вже досягла 200 000 В, наполегливо вимагали вивчення механізму електричних явищ; під їх впливом розвинулася вся електронна фізика. Розвиток нових джерел світла точно так само стимулювало й безпосередньо рухало розвиток вчення про випромінювання. Автоматизація, яка відіграє все більшу і більшу роль у міру зміцнення виробництв та об'єднання заводів у великі технічні комбінати, разом з радіо активно сприяла вивченню фотоефекту, напівпровідників як вузлової проблеми фізики, появи електронного мікроскопа. Все це - великі галузі фізики, створені завдяки розвитку відповідної техніки. Нарешті, необхідність використання бідних руд призвела до вчення про флотації, до вчення про адсорбції.
Останнє, про що я в цьому зв'язку хочу згадати, полягає в наступному. Цікаво, що і вчення про атомному ядрі у своєму розвитку тісно пов'язаний з прогресом техніки. Коли техніка високовольтних передач стала перед завданням переходу на постійну напругу і перед завданням випрямлення змінного струму, коли були створені перші випрямлячі на півмільйона вольт, за допомогою яких вдалося зруйнувати атом літію, а потім цілий ряд інших, почався новий етап розвитку вчення про ядро.
Дуже цікаво, що виросло на основі техніки дослідження атомного ядра в свою чергу вже починає впливати на неї. Для вивчення ядра необхідно перейти до мільйонів вольт; створюються нові шляхи сверхвисоковольтной техніки, які піднімають її на більш високу ступінь. Таким чином, па цьому прикладі ми ясно бачимо взаємозумовленість техніки та наукового дослідження.
Перейду до ряду інших наочних підтверджень діалектичного ходу розвитку фізики. Абсолютно ясно видно перехід кількості в якість на певному етапі кількісних змін. Перехід від макроскопічних величин до молекулярної теорії висунув статистичну фізику як абсолютно нову форму закономірностей, що проявилася в цій саме області. Перехід до будови атомів викликав появу нової квантової механіки. Подальший перехід від атома до атомного ядра веде до релятивістської квантової механіки, лише неясні контури якої вже видніються, якої ми ще не знаємо.
Точно так само не викликає сумнівів розвиток у бік синтезу протилежностей. Переривчастість і безперервність у сучасній картині синтезовані з деякою вищої точки зору, а не з'єднані частки і хвилі, електромагнітне поле і заряд.
Потім діалектично неминуче безперервне узагальнення наших приватних знань про природу в більш загальну картину. Старе з'єднання теплоти і роботи в поняття про енергію, узагальнення цієї енергії з масою в одне вже більш загальне поняття про енергію, що включає масу, об'єднання цієї енергії з кількістю руху в один тензор, об'єднання простору і часу в чотиривимірний картині і т. д.
Типова риса діалектичного опису явищ - це заміна двох крайнощів, «так» і «ні», цілої безперервної ланцюгом проміжних ступенів. Візьмемо поня1іе про ступінь свободи, яка на початку цією періоду розглядалася чисто арифметично: ступінь свободи чи присутній, або її зовсім немає. Як відомо, зараз це поняття замінено безперервним включенням цієї міри свободи, від повної її відсутності аж до повного її появи.
Нас цікавили метали та ізолятори. Зараз ми концентруємо свою увагу на напівпровідниках, які дають безперервний міст між цими двома крайностями. Тільки вивчення напівпровідників і дозволяє іс-п'ять два крайні випадки: провідника і ізолятора, якими займалася фізика колишніх десятиліть. Прірва між кристалом і рідиною також заповнилася «багатим різноманітним змістом - аморфними тілами.
Нарешті, остання риса діалектичного матеріалізму, яку підкреслює і Ленін у своїй книзі, - це невичерпність матерії. Матерія, яка спочатку складалася з окремих молекул, потім молекули - з атомів, атоми - з ядра та системи електронів, ядра - з протонів і нейтронів, потім з'явилися позитрони, нейтрино і т. д., розвивається як невичерпне багатство і розмаїття матерії, а не як деяка дитяча система камінчиків, з яких все побудовано.
Саме в цьому ж сенсі я розумію розвиток статистичних закономірностей, виражають надзвичайну, неозору складність механіки, перехід від статистичних закономірностей макрокосмосу до статистичних самим закономірностям в мікроскопічному світі атомів.
У такій же мірі, як діалектичний матеріалізм, виправдовується і історичний матеріалізм, можливо, політично найбільш важливий: зв'язок розвитку науки з розвитком соціальних відносин, зв'язок не тільки з технікою у вузькому сенсі слова, але і з станом продуктивних сил взагалі, з соціальними відносинами і з соціальними умовами. На превеликий жаль, наша марксистська критика в цьому напрямку майже нічого не зробила. А я думаю, що це один з найважливіших питань. Наприклад, не зачеплена таке завдання, як виявлення специфічних рис розвитку науки в наших радянських умовах. Історично вперше наука поставлена в зовсім інші соціальні умови, зовсім інші виробничі відносини, поряд і у взаємодії з наукою капіталістичної. Мені не відомо жодного дослідження, жодної спроби розібратися в тому, як зміна соціальних відносин позначилося на розвитку науки. Мені здається, що це завдання надзвичайно вдячна п надзвичайно важлива.
На закінчення я хотів би сказати кілька слів з питання про союз матеріалістів-діалектиків з натуралістами для боротьби з ідеалізмом. Не тільки від своєї особи, але і від імені переважної маси всіх фізиків СРСР я можу сказати, що ми всіляко вітаємо такий союз. Я думаю, не тільки на словах, а й на ділі ми вже показали, що прагнемо до нього. Але твердження того, що він вже здійснився, було б, мабуть, занадто оптимістично і дуже далеко від істини.
Ми охоче готові боротися з ідеалізмом, і ми дуже добре розуміємо його небезпека і його шкода. Ми знаємо, що па грунті кризи, на грунті фашизму виростає ідеалізм, який намагається витлумачити кожен новий факт на свою користь. Ми ясно бачимо величезну шкоду його для науки і ще більшої шкоди для політичного розвитку: ідеалізм підтримує капіталістичну систему, послаблює боротьбу за звільнення від її гніту. І тому ми готові всіма силами боротися з ідеалізмом. Але як з ним боротися? Я думаю, що боятися нового тому, що в ньому може виявитися ідеалістичний душок, і тому топтатися на місці, - це метод, яким нікого не переможеш. Треба йти вперед, потрібно створювати свої теорії на противагу ідеалістичним теоріям, своє розуміння нових ідей, підриває грунт всяких ідеалістичних спроб. Потрібно висвітлити наш шлях фарами правильної теорії - це кращий спосіб розвіяти містичний туман ідеалізму.
У чудовій книзі Леніна «Матеріалізм і емпіріокритицизм» ми знайдемо вказівки і для цього моменту. Ленін знав фізику так, як дуже добре було б знати її багатьом сучасним її критикам. Він знав дивовижні з точки зору «здорового глузду» речі, про які я говорив спочатку. Але тим не менш пі рядка в усій його книзі ви не знайдете, в якій би він стверджував, що Абрагам - ідеаліст, тому що він масу назвав здається, або що Планк - ідеаліст, тому що він променистої енергії приписав масу і вважав її лише коефіцієнтом .. Навпаки, кожне нове, розширене, хоча й незвичне, розуміння фізичних явищ Ленін сприймає як блискуче підтвердження діалектичного ходу розвитку, як прояв величезного розмаїття невичерпної реальної матерії. Тому ми весь час повинні перебудовувати свої погляди. У цьому гідність, в цьому головна перевага діалектичного методу. Ленін казав, що фізики в основному, звичайно, матеріалісти, тому що вони займаються вивченням зовнішнього світу. Вважати, що цей світ нами ж створено, що його реально не існує, і все-таки вивчати його властивості - це досить-таки невдячне завдання для фізики. Навіщо займатися фізикою? Навіщо вивчати світ, коли ви самі можете побудувати його як хочете, - це набагато цікавіше. Ленін показав, що матерія зникла не в фізиці, а у слабких головах ідеалістичних філософів.
Чи не дивно, що в пряму протилежність Леніну деякі і зараз вважають ідеалістами окремих активних фізиків, які прагнуть знайти ті нові уявлення, які адекватно висловили б властивості поза нами існуючої матерії. Щось негаразд! І Бор, і Шредінгер, і Дірак, і Гейзенберг, і Френкель, і рішуче всі, хто прагне знайти адекватне вираження властивостей мікрокосмосу атомного світу, всі вони ідеалісти! Навпаки, їх незвичні нам уявлення, в тому числі і повое уявлення про причинність і принцип невизначеності, - блискуче підтвердження і збагачення змісту діалектичного матеріалізму. Коли в популярних роботах і книжках вони пускаються в філософські узагальнення своїх наукових пошуків, тоді, звичайно, на філософії деяких з них позначається вплив тих соціальних умов, в яких вони перебувають, і тих соціальних завдань, які вони виконують свідомо чи несвідомо. Я не хочу сказати, що все те, що говорить Гейзенберг, - свята істина й діалектичний матеріалізм. Це, звичайно, не так. Але наукова теорія - це є теорія матеріалістична, тобто найбільш повне наближення до реального, поза нами існуючого світу.
Мені здається, що і зараз ще є деякі не цілком пережиті залишки старого. Такого продовжувача Леніна, який з того моменту, до якого дійшов 25 років тому Ленін, в тому ж дусі, як це робив Ленін, з таким же знанням фізики і з такою ж здатністю діалектично тлумачити й оцінювати новітні шляхи її розвитку йшов би в передових рядах нашого знання, - такого продовжувача ще немає.
З великим задоволенням ми бачимо, що останнім часом з'являється прагнення йти вперед, а не тільки критикувати старе. Ознаки цього є, і їх потрібно всіляко вітати. З великою радістю приймаючи заклик до союзу, я хотів би укласти союз не тільки на боротьбу з ідеалізмом (це, звичайно, необхідно), але і на рух науки вперед, в той бік, яка для нас найбільш істотна. Ми хочемо пізнати природу для того, щоб її змінити, для того, щоб нею оволодіти, для того, щоб рабство і пригнічення були знищені не тільки на одній шостій частині земної поверхні, для того, щоб створити нове комуністичне суспільство у всьому світі. Це і є насправді та головна пружина, яка всіма нами рухає.
Для того щоб це було, нам потрібно захопити самим передові позиції, потрібно сміливо рухатися вперед, не боячись помилок, тому що у нас є прекрасне зброю, яке нас від них охороняє. Наша теорія будується не в безповітряному просторі, ми створюємо теорію реально існуючого світу, і реальні прояви цього світу, то відображення, яке він отримує в наших відчуттях, дає нам метод перевірки практикою. Досвід, практика дають нам гарантію того, що ми не побудуємо абстрактної ідеалістичної схеми, а у своїх теоріях будемо все більше наближатися до пізнання дійсного світу, який ми хочемо дізнатися і який ми хочемо переробити.