Всё возрастающее использование более и более рафинированных математических абстракций обеспечивало непротиворечивость описания атомных явлений. В 1928 г. это нашло свое наивысшее выражение в виде релятивистской квантовой теории Дирака. Представление об электронном спине, в трактовке которого важную роль сыграли Дарвин и Паули, получило гармоническое выражение в дираковском спинорном анализе. Кроме всего этого, в связи с открытием позитрона Андерсоном и Блеккетом, теория Дирака подготовила почву для признания существования античастиц с массой, равной массе самой частицы, но с противоположным электрическим зарядом и противоположной ориентацией магнитного момента относительно спиновой оси. Как известно, мы сталкиваемся здесь с идеями, которые на новый лад возрождают и расширяют представления об изотропии в пространстве и обратимости во времени и которые всегда были одной из основ классического, физического подхода.
Удивительный прогресс наших знаний об атомном строении вещества и тех методов, с помощью которых приобретаются и увязываются эти знания, в действительности увели нас далеко за пределы наглядного детерминистического описания, доведённого до высокого совершенства Ньютоном и Максвеллом. Пристально наблюдая за этими успехами, я часто думал о решающем значении открытия атомного ядра Резерфордом; это открытие на любой стадии исследований властно звало нас вперёд.
IX
Все эти долгие и богатые событиями годы, в течение которых Резерфорд работал с неутомимой энергией в Кавендишской лаборатории, я часто посещал Кембридж, где по предложению Резерфорда читал несколько курсов лекций по теоретическим проблемам, в том числе по эпистемологическим вопросам развития квантовой теории. В этих случаях всегда было большой поддержкой ощущать ясный ум и острый интерес Резерфорда, внимательно следившего за успехами в той самой области исследований, в которой он сам был пионером и рост которой увел нас так далеко за те горизонты, которые открывались в начале её развития.
И действительно, широкое использование абстрактных математических методов помогло осваивать быстро нарастающие данные относительно атомных явлений, но вместе с тем всё более и более выдвигало на первый план проблему наблюдения. Своими корнями эта проблема уходит в глубь веков, так же как и сама физика. Так, философы Древней Греции, которые для объяснения характерных свойств вещества предполагали ограниченную делимость всей материи, считали очевидным, что грубость наших органов чувств полностью исключает возможность прямого наблюдения отдельных атомов. В этом отношении в наше время положение коренным образом изменилось в связи с разработкой специальных устройств, таких, например, как камера Вильсона и счётные механизмы, первоначально разработанные Резерфордом и Гейгером для измерений чисел и зарядов α-частиц. Однако исследование мира атомов, как мы это уже отмечали, обнаружило присущие этому миру ограничения в способе его описания, воплощённом в разговорном языке, развившемся для ориентации в окружающем нас мире и приспособленном к описанию событий повседневной жизни.
Словами, выражающими общую позицию Резерфорда, можно сказать, что цель эксперимента состоит в том, чтобы задавать вопросы природе; и конечно, Резерфорд преуспел в этой задаче благодаря своей интуиции, с помощью которой ему всегда удавалось ставить такие вопросы, которые обеспечивали получение самых нужных ответов. Для того чтобы исследование расширяло и углубляло наши общие познания, очевидно, нужно потребовать, чтобы при описании наблюдений, конструкций и способов управления аппаратурой, необходимом для однозначного определения экспериментальных условий, можно было бы пользоваться обыкновенным языком. В реальных физических исследованиях это требование с избытком удовлетворяется указанием экспериментальных устройств, в которых используются, например, такие приспособления, как диафрагма и фотографические пластинки, настолько большие и тяжёлые, что все манипуляции с ними могут быть описаны в терминологии классической физики, хотя, конечно, свойства вещества, из которого изготовлены инструменты (а также и наши собственные тела), существенным образом зависят от строения и стабильности входящих в них атомных систем, отвергающих подобное описание.
Описание обычных явлений заведомо предполагает неограниченную делимость хода явления в пространстве и времени и возможность связи всех его ступеней в неразрывную цепь на языке причины и следствия. В конечном счёте эта точка зрения опирается на тонкость наших чувств, хотя нашим чувствам для познания требуется взаимодействие с изучаемым объектом, но столь незначительное, что в обычных условиях оно не оказывает заметного влияния на ход явлений. В схеме классической физики такое положение вещей находит свое идеализированное выражение в предположении, что взаимодействием между объектом и прибором, с помощью которого производится наблюдение, можно пренебречь или что по крайней мере его можно скомпенсировать.
Элемент цельности, олицетворённый квантом действия и совершенно чуждый принципам классической физики, повлёк за собой то, что при изучении квантовых процессов любое экспериментальное исследование включает в себя взаимодействие между атомным объектом и измерительными приборами; хотя это взаимодействие является существенной характеристикой явления, оно вместе с тем не поддаётся раздельной оценке, если эксперимент ставится с целью получить однозначные ответы на поставленные вопросы. И именно осознание такого положения вещей вынудило обратиться к статистическому способу описания, определяющему математическое ожидание обнаружения различных квантовых эффектов при одних и тех же экспериментальных условиях; такой статистический подход устранил все кажущиеся противоречия между явлениями, наблюдаемыми во взаимно исключающих друг друга экспериментальных условиях. Какими бы противоположными ни казались на первый взгляд эти явления, следует отдавать себе ясный отчёт в том, что они являются дополнительными в том смысле, что рассматриваемые совместно они дают исчерпывающую информацию об атомном объекте, которую вполне однозначно можно изложить обычным языком.
Идея дополнительности вовсе не подразумевает какого-либо отказа от детального анализа, ограничивающего область наших исследований, она просто подчёркивает особенности объективного описания, независимого от субъективного суждения, в любой области познания, где для плодотворного обмена данными существенно указание на условия получения этих данных. В логическом отношении эта ситуация хорошо известна из рассмотрения психологических и социальных проблем, где многие слова с самого момента зарождения языка используются типично дополнительным способом. Безусловно, здесь мы часто сталкиваемся с такими качествами, которые не подходят для количественного анализа, характерного для так называемых точных наук, задачей которых согласно воззрениям Галилея является основывать всякое описание на чётко определённых измерениях.
Несмотря на всю ту пользу, которую нам всегда приносит в этих вопросах математика, следует помнить, что всякое определение математических символов и операций основывается на простом логическом применении обычного языка. В самом деле, математика никогда не рассматривалась как отдельная отрасль знания, основанная на совокупности опытных данных, а скорее считалась рафинированием общего языка с прибавлением к нему соответствующих добавок, позволяющих описывать такие взаимоотношения, для которых обычные словесные средства общения либо недостаточно точны, либо слишком неудобны. Говоря точнее, математический формализм квантовой механики и квантовой электродинамики попросту устанавливает Правила подсчёта математических ожиданий для наблюдений, производимых в хорошо определённых экспериментальных условиях, описанных с помощью представлений классической физики. Исчерпывающий характер такого описания определяется не только допускаемой формализмом свободой выбора этих условий любым возможным способом, но в равной степени и тем, что само определение рассматриваемого явления для его окончательного завершения подразумевает элемент необратимости в процессе наблюдения; тем самым выявляется существенно необратимый характер самого понятия наблюдения.
