При помощи аппарата квантовой механики достигнута подробная систематизация огромного количества экспериментальных данных о физических и химических свойствах материи. Сверх того, приспособив формальный аппарат к требованиям теории относительности, оказалось возможным упорядочить в широких пределах быстро накапливающиеся новые сведения о свойствах элементарных частиц и о строении атомных ядер. Несмотря на поразительную плодотворность квантовой механики, радикальный отход от привычных физических способов описания, и в особенности отказ от самой идеи детерминизма, вызвал сомнения в умах многих физиков и философов. Возник вопрос, имеем ли мы здесь дело с временным выходом из положения или же новый метод объективного описания представляет окончательный шаг, уже необратимый. Разъяснение этой проблемы действительно потребовало радикального пересмотра самых основ описания и толкования физического опыта.

В связи с этим мы должны прежде всего признать, что, даже если явления выходят за пределы применимости классической физики, всё же характеристика экспериментальной установки и запись произведённых наблюдений должны даваться на обычном языке, надлежащим образом дополненном специальной физической терминологией. Это есть ясное и логическое требование, поскольку самое слово «эксперимент» относится к такой ситуации, когда мы можем сказать другим, что мы делали и что узнали. Фундаментальное отличие анализа явлений в классической и в квантовой физике состоит, однако, в том, что в первом случае взаимодействием между объектами и измерительными приборами можно пренебречь (или же его можно компенсировать), тогда как во втором случае это взаимодействие составляет существенную часть явлений. Присущая собственно квантовому явлению цельность находит свое логическое выражение в том обстоятельстве, что всякая попытка чётко подразделить явление потребовала бы изменения в экспериментальной установке, несовместимого с возникновением самого явления.

В частности, невозможность отдельного контроля над взаимодействием между атомными объектами и приборами, необходимыми для фиксирования условий опыта, не допускает неограниченного сочетания локализации в пространстве-времени с применением динамических законов сохранения — сочетания, на котором основано детерминистическое описание классической физики. В самом деле, всякое однозначное применение понятий пространства и времени предполагает такую экспериментальную установку, в которой происходит принципиально не поддающийся контролю перенос количества движения и энергии к неподвижным шкалам и синхронизованным часам, нужным для определения системы отсчёта. И наоборот, отчёт о явлениях, которые характеризуются законами сохранения количества движения и энергии, предполагает принципиальный отказ от детальной локализации в пространстве и времени. Эти обстоятельства находят количественное выражение в соотношениях неопределённости Гейзенберга, которые устанавливают связь между допусками в значениях кинематических и динамических переменных, фиксирующих состояние физической системы. По самому характеру формального аппарата квантовой механики такие соотношения не могут быть, однако, истолкованы как «модельные» свойства объектов, т. е. свойства, опирающиеся на классические наглядные представления. Мы имеем здесь дело со взаимоисключающими друг друга условиями однозначного применения самих понятий пространства и времени, с одной стороны, и динамических законов сохранения, с другой.

В связи с этим иногда говорят: «Наблюдение нарушает ход явления» или «Физические свойства атомных объектов создаются их измерением». Однако такие высказывания способны лишь внести путаницу, так как слова «явления» и «наблюдения», равно как и слова «свойства» и «измерения», употребляются здесь в смысле, несовместимом с обычным языком и с практическим их определением. Действительно, с позиций объективного описания лучше употреблять слово «явление», только если речь идёт о наблюдениях, полученных при определённых условиях, т. е. таких, в описание которых входят данные обо всей экспериментальной установке. При такой терминологии проблема наблюдения в квантовой физике освобождается от всякой запутанности. Кроме того, эта терминология напоминает нам о том, что всякое атомное явление цельно и законченно. Это значит, что наблюдение такого явления основано на регистрации его при помощи усилительных устройств, действующих необратимо; таковы, например, наблюдения, в которых используются неисчезающие пятна на фотопластинке, вызванные проникновением электронов в эмульсию. Здесь важно уяснить себе, что формальный аппарат квантовой механики допускает однозначное применение только к такого рода завершённым явлениям. И в этом отношении он является рациональным обобщением классической физики, в которой не только завершённое явление, но и каждый этап хода событий описывается измеримыми величинами.

Свобода экспериментирования, сама собой разумевшаяся в классической физике, конечно, сохраняется и в квантовой физике; она соответствует здесь свободному выбору экспериментальной установки, что предусмотрено и математической структурой применяемого в квантовой физике формального аппарата. То обстоятельство, что в общем случае одна и та же экспериментальная установка может дать разные отсчёты, иногда картинно описывают как «выбор природы» между такими возможностями. Само собой разумеется, что такая фраза не содержит намёка на одухотворение природы, а просто указывает на невозможность обеспечить (как это считалось возможным раньше) желаемое направление законченного неделимого процесса. Здесь логический подход не может пойти дальше вывода относительных вероятностей для появления того или иного индивидуального явления при данных экспериментальных условиях. В этом отношении квантовая механика представляет собой последовательное обобщение детерминистического механического описания; последнее содержится в ней как асимптотический предел для случая, когда масштаб физических явлений достаточно велик, чтобы можно было пренебречь квантом действия.

Чрезвычайно характерную черту атомной физики представляет новое соотношение между явлениями, наблюдаемыми при разных экспериментальных условиях, для описания которых приходится применять разные элементарные понятия. В самом деле, какими бы противоречивыми ни казались, при попытке изобразить ход атомных процессов в классическом духе, получаемые при таких условиях опытные данные, их надо рассматривать как дополнительные, в том смысле, что они представляют одинаково существенные сведения об атомных системах и взятые вместе исчерпывают эти сведения. Понятие дополнительности ни в коем случае не предполагает отказа от нашего положения независимых наблюдателей природы; это понятие нужно рассматривать как логическое выражение нашей ситуации по отношению к объективному описанию в этой области опытного знания. Взаимодействие между измерительными приборами и исследуемыми физическими системами составляет неотъемлемую часть квантовых явлений. Признание этого факта не только обнаружило не подозревавшуюся раньше ограниченность механистического понимания природы (в котором физическим системам приписываются самостоятельные свойства), но и заставило нас при упорядочении опыта обращать должное внимание на условия наблюдения.

Возвращаясь к неоднократно обсуждавшемуся вопросу о том, чего следует требовать от физического объяснения явлений, нужно иметь в виду следующее. Уже классическая механика обходится без понятия причины при рассмотрении равномерного движения; далее, теория относительности научила нас тому, что соображения инвариантности и эквивалентности могут рассматриваться как категории рационального объяснения. Подобно этому в дополнительном описании квантовой физики мы имеем дело с дальнейшим самосогласованным обобщением. Это обобщение допускает включение закономерностей, которые играют решающую роль в описании фундаментальных свойств материи, но выходят за пределы детерминистического описания. Таким образом, история физической науки наглядно показывает, как исследование всё более широких областей опытного знания, с одной стороны, обнаруживает неожиданные ограничения для привычных идей, но тем самым указывает, с другой стороны, новые пути для восстановления логического порядка. Как мы теперь покажем, гносеологический урок, содержащийся в ходе развития атомной физики, напоминает нам о подобных же ситуациях, возникающих при описании и толковании опытных данных в других областях, лежащих далеко за пределами физической науки. Этот урок позволяет нам подметить в разных областях общие черты и тем самым содействовать стремлению к единству знания.