Статьи сборника отражают историю и современное состояние тех областей физики, в развитии которых принимал участие Паули (квантовая механика, квантовая теория поля, теория относительности, теория твердого тела, статистическая механика, физика элементарных частиц). Их авторами являются крупнейшие физики: Р. Крониг, В. Гейзенберг, Г. Вентцель, Ф. Виллар С, Р. Йост, X. Казимир, Р. Пайерлс, М. Фирц, В. Баргмани, Б. Ван дер Варден, Л. Д. Ландау, By Цзянь-сюн.

85 Возникновение квантовой механики [137]

Вступительная статья к сборнику «Вернер Гейзенберг и физика нашего времени», изданном в связи с шестидесятилетием со дня рождения Гейзенберга. Авторами статей были физики, внесшие существенный вклад в развитие квантовой механики и теории ядра: Ф. Вейцзекер, О. Клейн, П. Иордан, Ф. Блох, М. Борн, А. Ланде, Г. Вентцель, Ф. Хунд и др.

Вернер Гейзенберг (р.1901) — выдающийся немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики и теории атомного ядра. Родился в Вюрцбурге, в 1923 г. окончил Мюнхенский университет, где учился у Зоммерфельда. Сотрудничал с Борном в Гёттингене, в 1924—1927 гг. был сотрудником Бора в копенгагенском Институте теоретической физики и преподавал в Копенгагенском университете. С 1927 г. — профессор в Берлине, Лейпциге и Гёттингене, с 1946 — директор Института теоретической физики общества Макса Планка в Гёттингене. В 1925 г. предложил первый вариант квантовой механики, получивший название матричной механики, в 1927 г. установил принцип неопределённости. Основоположник квантовой теории ферромагнетизма. Ему принадлежат фундаментальные работы по теории атомного ядра, квантовой электродинамике и физике элементарных частиц. Лауреат Нобелевской премии (1932).

86 Воспоминания об основоположнике науки о ядре и дальнейшее развитие его работ [138]

Переработанный текст лекции памяти Резерфорда, прочитанный 28 ноября 1958 г.; опубликован лишь в 1961 г. Статья даёт развернутую картину развития атомной и ядерной физики в период с 1911 по 1937 гг.

87 Сольвеевские конгрессы и развитие квантовой физики [139]

Послание XII Сольвеевскому конгрессу, состоявшемуся в Брюсселе 9—14 октября 1961 г. и посвящённому проблемам квантовой теории поля. Эта последняя законченная работа Бора вместе со статьями (85) и (86) является ценнейшим документом по истории развития квантовой физики.

ПРИЛОЖЕНИЕ

В. А. ФОК

Квантовая физика и философские проблемы ¹

¹ Впервые напечатана в журнале «Вопросы философии», 1971, № 3, стр. 46.

Целью настоящей статьи является разъяснение понятия относительности к средствам наблюдения как основы описания физических явлений. Указанное понятие настолько важно, что заслуживает наименования принципа относительности к средствам наблюдения. Принцип этот особенно важен для правильного понимания квантовой механики. Понятие относительности к средствам наблюдения есть в известном смысле обобщение понятия относительности к системе отчёта. Оба понятия играют в соответствующих теориях — квантовой механике и теории относительности — аналогичную роль. Но в то время как теория относительности, которая опирается на понятие относительности к системе отчёта, учитывает лишь движение средств наблюдения как целого, в квантовой механике необходимо учитывать и более глубокие свойства средств наблюдения.

Что можно вообще сказать о средствах наблюдения? Что сюда входит? Важным является, по нашему мнению, то, что в категорию средств наблюдения входят как органы чувств человека, так и приборы. Между тем и другим нет принципиальной разницы. Например, очки исправляют дефекты глазного хрусталика, микроскопы и телескопы в огромной мере расширяют возможности наблюдения, но наблюдения с их помощью в принципе не отличаются от наблюдений невооружённым глазом. Так что и то, и другое следует отнести к одной категории. Можно сказать, что приборы являются расширением органов чувств человека. Или, если угодно, ту же мысль можно выразить так: органы чувств человека являются приборами, вмонтированными в человеческий организм.

Чем характеризуются приборы в смысле способов их описания? Существенно то, что к приборам применимы классические способы описания, которые основаны на некоторых абстракциях. Мы попытаемся охарактеризовать эти абстракции. Во-первых, такой абстракцией является абсолютизация физических процессов, т. о. допущение, что они происходят «сами по себе» и не возмущаются актом наблюдения, а значит и не требуют дальнейших указаний о способах наблюдения. Как показывает квантовая механика, это допущение выполнимо лишь приближённо. Приборы характеризуются тем, что хотя, конечно, такая абсолютизация в полной мере к ним и не применима, но приближённо при описании их действия мы всё-таки можем ею пользоваться. Это одно допущение. Второй абстракцией является допущение возможности исчерпывающе всестороннего описания действия данного прибора или данной системы. Такая возможность допускается, например, в классической механике. В задаче о движении системы материальных точек с заданными массами и силами взаимодействия всё исчерпывается знанием координат и импульсов материальных точек: к этому нечего добавить. Этим исчерпывается всё, что можно сказать о состоянии системы. Никакие дальнейшие сведения ничего нового не прибавят. Таким образом, эта идеализация, которая применяется в классической физике, означает допущение возможности одновременно судить о разных сторонах явления, по крайней мере приближённо. Применяя её к приборам, мы должны учитывать её приближённый характер.

Чем ограничена возможность такого применения данной идеализации? Мы знаем, что применимость классического способа описания ограничена неравенствами Гейзенберга, которые устанавливают, что обстоятельства, благоприятные для наблюдения одного аспекта явления, например, для. локализации объекта в пространстве координат, являются неблагоприятными для наблюдения других аспектов явления, например, для локализации объекта в пространстве импульсов, т. е. для того, чтобы можно было приписать объекту определённые импульс и энергию. Между обоими аспектами имеется, в этом смысле, дополнительное отношение. Об этом говорит принцип дополнительности Бора. Поскольку наблюдаемость того или иного аспекта явлений есть отражение объективных свойств природы, о принципе дополнительности Бора можно говорить как о законе природы.

Теперь встаёт важный вопрос: что является основой наших суждений о свойствах объекта? На это можно ответить так: наши суждения основаны на анализе результатов взаимодействия объекта с прибором. Средства наблюдения (приборы или органы чувств человека), допускающие классическое описание с учётом принципа дополнительности, являются необходимым посредником между нашими восприятиями и микрообъектом. На этой основе и следует строить для микрообъектов наиболее адекватные им способы описания.

Для этого, прежде всего, необходимо знать внутренние свойства объекта. Исходя из предложения о тех или иных внутренних свойствах объекта и из задания внешних условий, в которых объект находится, нужно уметь судить о возможных результатах взаимодействия объекта с прибором определённого типа. Тип прибора характеризуется той величиной, какую он способен измерять. Так, прибор, способный измерять с большой точностью количество движения частицы, относится к одному типу, прибор, способный точно измерять положение частицы в пространстве, — к другому типу.

Таким образом, основой наших суждений об объекте являются результаты его взаимодействия с прибором того или иного типа. Мы подчёркиваем, что, когда объект задан и состояние его задано, его можно ещё привести к соприкосновению с приборами разного типа: можно заставить его взаимодействовать либо с таким прибором, который даёт возможность измерять одну сторону явления (скажем, локализацию в пространстве), либо с прибором другого типа, который даёт возможность измерять другой аспект явления (скажем, импульс и энергию); а то и другое вместе — невозможно.