Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Главная страница


Полиинтерпретационная квантовая парадигма




страница1/3
Дата23.06.2017
Размер0.52 Mb.
  1   2   3




Рабочий вариант
Полиинтерпретационная квантовая парадигма
Содержание


  1. Некоторые особенности понятия интерпретации …...................2

  2. Полиинтерпретационная квантовая парадигма ………………21

  3. Формирование полиинтерпретационной квантовой парадигмы ………………………………………………………29

  4. Альтернативные истории развития КМ ………………………45


Формирование и характерные черты

полиинтерпретационной квантовой парадигмы.

В последние десятилетия значительно возрос интерес к проблеме интерпретации квантовой механики. В данной работе рассматриваются некоторые аспекты процедуры интерпретации в современной физике. Вводится понятие полиинтерпретационной квантовой парадигмы, исследуются особенности ее становления и некоторые характерные черты.


Некоторые особенности понятия интерпретации.

В современной науке и в первую очередь в современной фундаментальной физике роль и значение интерпретации приобретает все большую значимость и актуальность. Это определяется растущим опосредованным характером познания, все растущей теоретичностью фундаментальных исследований и всего познания.

Проблема интерпретации напрямую связана с вопросом об установлении физического содержания той или иной теоретической конструкции. Поскольку физическое содержание фундаментальной теории и ее отдельных элементов (конкретного математического выражения, члена уравнения, экспериментальных данных и т.д.) основывается на широких концептуальных основаниях, то физическая интерпретация должна быть тесно связана не только с собственно физической теорией, но и с философскими основаниями этой теории, физической картиной мира1 и т.д.

В чем же состоит суть интерпретации? Эйнштейн как-то сказал, что «воображение важнее знания». По-видимому, это в первую очередь относится к процедуре физической интерпретации, к физическому пониманию теории и явлений. По вопросам выяснения содержания и роли интерпретации в физическом познании было написано достаточно много работ. Так, например, в одной из них интерпретация определяется как процедура установления связи наблюдаемых объектов или их свойств с непосредственно ненаблюдаемыми2. Однако эта операция отражает только одну сторону многогранного процесса формирования интерпретации современных физических теорий. На наш взгляд, физическую интерпретацию следует рассматривать более широко как результат или как процедуру придания физического смысла определенным экспериментальным данным, теоретическим выкладкам, математическому формализму в целом и отдельным математическим выражениям, непосредственно ненаблюдаемым объектам, свойствам и явлениям.

Интерпретация – это процедура, в результате которой мы пытаемся что-то сказать об интересующих нас глубинных процессах не на формальном абстрактном языке, а на языке физических событий и понятий. Интерпретация – это то, как можно понимать сложные физические процессы и явления. Интерпретация – это приписывание физического смысла формализму теории: ее уравнениям, отдельным выражениям, символам и т.д.

Но иногда можно просто придумать некоторую чисто умозрительную, искусственную трактовку физического явления, процесса или математического выражения, уравнения. Что служит критерием верифицируемости интерпретаций в современной физике? В целом это те же внешние и внутренние критерии, которые используются для верифицируемости или фальсифицируемости любой научной теории. Для фундаментальных исследований проблема интерпретационной адекватности имеет свою характерную специфику и приобретает все большую остроту. Так, в современной физике выдвигается много нетривиальных, достаточно абстрактных, и на первый взгляд, неестественных трактовок. Такой «неожиданной» была, к примеру, дираковская идея антиэлектрона (позитрона). Далекой от ясного физического понимания остается интерпретация, утверждающая о рождении Вселенной из «ничего». Да и само понятие кванта энергии воспринималось первоначально как крайне противоестественное. К сожалению, не существует (по крайней мере, на сегодняшний день) каких-то критериев или алгоритмов, которые могли бы однозначно определить насколько физически реальна та или иная интерпретация. Становится все более характерной тенденция, согласно которой верифицируемость интерпретации будет теперь определяться постепенно, в течение десятилетий и более, пока не появится совокупность подтверждений, которая убедит исследователей в ее достаточной адекватности. Дальнейший процесс привыкания к такой интерпретации, в свою очередь, приведет к представлению о ее «естественности». Это очень важный и тонкий методологический, гносеологический и психологический момент, который, на наш взгляд, является одним из процессов, формирующих и физическую картину мира.

Но, очевидно, что это не будет еще окончательной, а тем более некой абсолютной истиной. Нет никакой гарантии, что через некоторое время не появится какого-то более широкого и более глубокого взгляда, каких-то новых данных и новых знаний, которые не поставят данную существующую теорию в ранг определенного приближения (к реальности). В частности, нет никакой гарантии, что сейчас мы правильно понимаем содержание квантовой механики, несмотря на все ее вычислительные и предсказательные успехи. Вспомним слова Р.Фейнмана о том, что мы умеем прекрасно пользоваться квантовой механикой, но не понимаем ее. И сегодня физики и философы снова ставят вопрос о концептуальной неудовлетворенности понимания квантовой механики3. Так считает, например, С. Вайнберг4 в отношении ее копенгагенской интерпретации.

Замечание Фейнмана выводит нас на необходимость более глубокого понимания соотношения формализма и физического содержания (интерпретации) теории. Согласно Дж. Кашингу, формализм и интерпретация «логически отделимы, даже если они часто перепутываются практически»5. Формализм означает систему уравнений и набор правил вычислений для получения предсказаний, которые могут быть сравнены с экспериментом. Но стандартная квантовая механика и, например, бомовская интерпретация КМ используют один и тот же набор правил для предсказания значений наблюдаемых. С точки зрения формализма они практически идентичны. Различия между ними кроются в принципиально разных интерпретациях. Физическая же интерпретация «относится к тому, что теория сообщает нам относительно глубинной структуры (underlying structure) явлений (то есть, соответствующее описание наполнения (содержимого) мира - онтологии). Следовательно, один формализм с двумя различными интерпретациями должен рассматриваться как две различные теории»6.

В квантовой механике явно выражена как раз подобная ситуация, при которой имеется детально разработанный, эффективно действующий, не вызывающий сомнений операторный формализм в гильбертовом пространстве и множество физических интерпретаций. В связи с этим рассмотрим следующие вопросы. Во-первых, может ли одна физическая теория иметь несколько математических формализмов, в том числе альтернативных? Ярко выраженная в квантовой механике ситуация благополучия формализма и острой дискуссионности в концептуальном плане не означает, что всегда «расщепляется» только физический смысл теории. Известны варианты, когда одно физическое содержание может описываться различными математическими средствами, формируя тем самым полиформализм. Уже пример классической механики показывает, что для одного и того же физического содержания теории существует не один рабочий математический аппарат. В ньютоновской механике (которая, кстати говоря, была сначала сформулирована чисто качественно, без единой формулы) законы могут быть сформулированы как в классической ньютоновской форме, так и в форме гамильтониана, вариационного принципа и т.д. Однако собственно физическое концептуальное содержание теории остается незыблемым.

В квантовой механике уже на стадии ее становления сразу же проявилась многовариантность и конкурентность как математического формализма, так и физического содержания. Проблеме интерпретационного плюрализма всегда уделялось и уделяется в настоящее время много внимания, а вот вопрос о существовании различных математических вариантов выражения физической теории стоял не так остро, хотя и существовал реально. Даже исторически создание ее основ было отмечено изначальной конкуренцией двух математических версий: матричной (Гейзенберг 1925 г.) и дифференциальной волновой (Шредингер 1926 г.)7. Однако ситуация не является зеркальной: в данной фундаментальной теории существует ярко выраженная проблема плюрализма именно физического содержания, в рамках которого предлагается на выбор несколько альтернативных формулировок теории, причем ни одна из них не может быть эмпирически фальсифицирована. Наиболее вероятное объяснение невнимания к разнообразию математических трактовок состоит, по-видимому, в том, что количество их вариантов было несопоставимо мало по сравнению с физической многовариантностью и поэтому не дотягивало до «квантовой загадки». Эта методолого-гносеологическая ситуация приводит к следующему спектру возможностей.

Второй вывод может состоять в признании того, что квантовая механика является примером чрезвычайно успешной феноменологической теории, однако ее концептуальные основы адекватны объективному положению дел лишь фрагментарно («кусочно-лоскутный» вариант концептуализации теории). Этот вариант будет свидетельствовать о неполноте теории со всей сопутствующей этой ситуации проблематикой. Подобной точки зрения придерживался, например, Эйнштейн. Наконец, можно прийти к выводу, влекущему за собой еще более сложные гносеологические последствия: многоинтерпретационная ситуация свидетельствует о принципиальной неоднозначности той реальности, которую пытается адекватно описывать квантовая механика.

Но можно ли при создании теории «глубоких» уровней реальности рассматривать формализм в качестве определяющего фундаментального основания? Является ли формализм более фундаментальным для современной фундаментальной физической теории, чем интерпретация, которая выражает физическое содержание? Становится ли математика определяющей в современном физическом познании? Может быть, формализм описывает как раз фундаментальные отношения сосуществования физической объектности, а физическое содержание в своей основе является всего лишь феноменологией этих форм сосуществования? При этом физические принципы и основания представляют собой всего лишь «немного» более сложную феноменологию, а вовсе не фундаментальные принципы физического бытия. Последние тогда должны описываться исключительно математическими средствами. При таком подходе физически содержательная сторона, например, квантовой реальности становится крайне неопределенной сущностью для любого конечного наблюдателя. В целом же физическая реальность и принимает более-менее четкие и однозначные очертания только на уровне, который является однопорядковым с уровнем самого наблюдателя, т.е. на макроскопических масштабах рассмотрения физических событий. При таком рассмотрении получает дополнительное онтологическое обоснование боровская точка зрения о необходимости использования в квантовой теории классического макроскопического языка.

В то же время, чтобы быть физической, теория должна содержать элементы того, формы сосуществования чего описывает математический формализм. По-видимому, можно сказать, что интерпретация, собственно, есть чистая физика. Хотя в современной физической теории практически невозможно рассматривать физическое в отрыве от математической составляющей, в принципе можно, и методологически даже важно выделять и активно исследовать то, что можно назвать качественной физикой. Несколько упрощенно под последней можно понимать то, что останется в теории, если убрать все математические формулы.

Что же может означать тот факт, что один формализм может иметь несколько интерпретаций, несколько физических формулировок? Как отмечал Эйнштейн, с помощью математики можно описать все, что угодно. Главная сложность современной физики, по-видимому, заключается в субстанциировании, в нахождении материальных форм того или иного способа существования физических событий. Эта особенность – растущие трудности поиска адекватного физического содержания в сравнении с выбором или созданием соответствующего согласованного математического аппарата – уже сейчас становится серьезной гносеологической и методологической проблемой физического познания и, судя по всему, в дальнейшем она будет все больше обостряться.

С другой стороны, если, согласно Дж.Кашингу, интерпретация вскрывает «содержание (наполнение) мира», а формализм описывает его в виде системы уравнений, то, казалось бы, наоборот, было бы логичнее, если бы некоторое содержание могло описываться различными абстрактными, в том числе и математическими, способами. С одной стороны, де факто такое положение дел (наличие нескольких равноправных формализмов) уже имеет место в фундаментальной физике. С другой стороны, это потребовало бы корректировки понимания интерпретации физической теории. В настоящее время под последней понимается именно физическая интерпретация, т.е. нахождение адекватного физического содержания, экспликации физическими средствами математического формализма или определенных экспериментальных данных.

Поскольку формализм основан на точных математических методах, то, естественно предполагать, что именно он и должен быть однозначным. В свою очередь в физическом содержании теории отражается качественная сторона явлений, что не может быть выражено точными средствами. Физика – это, вообще говоря, наука о приближениях. Объективно существующие процессы не могут быть с абсолютной точностью вырезаны из своего континуального существования в объективной действительности и описаны с абсолютной полнотой и абсолютной точностью ограниченными средствами конечного наблюдателя. Методологически важно различать два содержательно не полностью совпадающих теоретических аспекта понятия точности. Первый аспект связан с точностью вычленения, «вырезания» некоторого явления из объективной действительности. Второй характеризует точность описания этого же явления теоретическими средствами. Каждое научное описание является максимально возможным приближением. Так, например, хорошо разработанная термодинамика не учитывает особенности и характера движения каждой из реально участвующих в тепловых процессах частиц, а также всех нюансов влияния на состояние этих частиц окружающей среды, которая всегда является многоуровневой. Более того, в термодинамике как фундаментальной теории даже не известно точное количество этих частиц, что можно рассматривать, в принципе, как определенную неполноту теории. Но все дело в том, что в этой теории, являющейся статистической, и не требуется этого знать. И как раз в связи с этим она и является определенным хорошим приближением к реальным тепловым процессам.

Особо следует рассмотреть вопрос о претензиях на существование «неустранимого концептуального плюрализма». В настоящее время можно встретить «утверждения, что на смену классической рациональности, ориентированной на поиск истины, должны прийти представления о принципиальном и неустранимом плюрализме концепций»8. Эти утверждения достаточно легко фальсифицируются в случае непосредственного способа получения знаний о мире или при условии существования способа достаточно простой их верификации, например, в рамках макроскопического опыта9. Однако при исследовании качественно удаленных от макроскопического антропоморфного наблюдателя уровней реальности проблема, как будет показано далее, существенно усложняется.

Ряд современных исследований показывает, что в описании физической реальности все большую роль должно играть понятие неопределенности10. Более того, и в современной математике все активнее находит применение то, что можно назвать неопределенными структурами. Активно развивается направление, связанное с так называемыми «размытыми», «нечеткими» или «неопределенными» множествами11. Можно предполагать, что мир – неоднозначен как в экстенсивном плане, так и плане интенсивного усложнения как раз в силу своей качественной бесконечности. Резонно допустить, что для любого наблюдателя, обладающего конечным набором средств познания неоднозначный по своей природе мир на определенных уровнях познания должен будет восприниматься многозначно, определяя тем самым полиинтерпретационный характер теорий его описывающих. (В скобках отметим, что здесь существует еще один очень интересный и сложный вопрос о том, можно ли из одной и той же системы отсчета описывать адекватно и объективно, но поликонтекстно одно и то же явление).

Учитывая все это, мы приходим к методологически важному выводу: связка «формализм – физическая интерпретация» может принимать любую комбинацию из следующих вариантов: 1) один формализм – одна интерпретация; 2) один формализм – полиинтерпретация; 3) одна физическая интерпретация – полиформализм; или, наконец, 4) полиформализм – полиинтерпретация. Можно предположить, что гносеологически более адекватен последний вариант, однако в этом случае чрезвычайно остро встает проблема объективности соответствующей теории в смысле правильности отражения положения дел в реальном мире12.

Но тем самым подтверждается постмодернисткая позиция о том, что «на смену классической рациональности, ориентированной на поиск истины, должны прийти представления о принципиальном и неустранимом плюрализме концепций»? На наш взгляд здесь принципиальны следующие моменты. Во-первых, наука, несомненно, будет продолжать поиск истины в любом случае, ибо это ее кредо. Но при этом может и на определенных этапах познания, с нашей точки зрения, с необходимостью должны существенно меняться представления о самой истине. Она конкретна и, следовательно, изменчива.

То же самое относится и к проблеме рациональности: на определенных этапах познания с необходимостью должны существенно меняться представления о ее конкретных формах, методах и даже о ее природе. Вряд ли можно с научной и тем более с философско-методологической точки зрения аргументировано утверждать, что уже сегодня мы в полной мере познали природу истины и рациональности во всех их возможных формах и на любой стадии (будем надеяться) потенциально бесконечного процесса познания. То, насколько изменятся содержание и методы науки через сто-двести лет, не говоря уже о гораздо больших сроках, - об этом даже трудно фантазировать. В то же время уже первые четыреста лет науки Нового времени дают в этом плане много поучительного. Конкретную историческую форму рациональности – классическую - сменила другая, более сложная для понимания, но более адекватная для описания новых уровней реальности неклассическая рациональность. Логично предположить, что и она со временем сменится на какую-то другую. В этом естественном процессе трудно усмотреть кризис, а тем более крах науки, но легко усмотреть определенный кризис одной из форм познания.

Несомненно, что математический формализм является всегда более определенным и более точным по сравнению с его физической интерпретацией. В физической интерпретации всегда остается недосказанность и неопределенность практически всех понятий. Например, понятие энергии в современной физике понимается (по крайней мере, интуитивно) значительно шире, чем ее классическое определение как способности тел совершать работу. Это определяется, в частности, тем, что значительно усложнилось понимание самого физического объекта. Оказалось, что не так просто разумным и корректным образом не только интерпретировать энергию бесконечного поля, но и вычислить его без технических хитростей13 практически невозможно. Если к этому добавить соотношение неопределенностей для энергии, введенное квантовой механикой, и тем более неинвариантность тензора энергии-импульса в теории относительности, то становится достаточно очевидной проблема однозначной интерпретации этого понятия. Проблема недоопределенности имеет место и в отношении других понятий, используемых в современной физике: массы, пространства, времени, причинности, физического поля, квантовой частицы, волновой функции, квантового потенциала, физического смысла понятия фазы и многих других. Поэтому установка на «однозначную истолковываемость» мира и соответственно его свойств нуждается в свете современных фундаментальных знаний о мире, по крайней мере, в серьезной корректировке.

Вопрос об однозначности самого мира и о требовании однозначности его описания потребовал бы отдельного рассмотрения. Здесь же, в связи с важностью этого вопроса для исследуемой проблемы интерпретационной многозначности теорий, мы кратко остановимся лишь на нескольких моментах этой проблемы, связанных с активно входящих в фундаментальную физику идей неопределенности и неоднозначности.

Можно высказать предположение, что интерпретационная множественность представляет собой не просто досадное неудобство теоретического познания, а связано с более глубокими проблемами онтологии и развития науки. Рассмотрим следующее утверждение: «Действительно, научное описание есть всегда, согласно самому определению его как научного, адекватное миру описание, что предполагает его однозначную истолковываемость, его соответствие объективно существующему миру…»14. Это утверждение верно, но оно отвечает идеалу классической науки, описывающей обыденные, непосредственно воспринимаемые объекты: твердое тело, жидкости и отчасти газы. Парадигма однозначности хорошо работала там, где существовала достаточно простая верифицируемость научных гипотез. В большинстве случаев было достаточно провести непосредственные измерения массы, веса, длины и т.д. Причем сами объекты исследований – физические тела – можно было, что называется буквально «пощупать руками». В целом, идеал классической физики покоился на той ее части, которая была связана с непосредственно воспринимаемым: это физика достаточно простого и непосредственно воспринимаемого.

Современное научное описание начинает постепенно привыкать не к «однозначному описанию мира», а к возможно более адекватному описанию мира, причем всегда с небольшим «онтологическим люфтом». И это является результатом не только, и не столько «недостаточности знания» о некоторых качественно удаленных процессах, а в первую очередь, из-за особой специфики взаимодействия познающей системы отсчета с различными уровнями реальности. Категория «скрытых параметров» постепенно переходит из области свойств объектов и процессов в область взаимодействия и сосуществования различных систем отсчета, одна из которых всегда является познающей (гносеологически активной) системой отсчета. Легко понять, что гносеологический процесс взаимодействия субъекта, являющегося вполне определенным физическим объектом и поэтому находящимся в фиксированной системе отсчета (назовем ее познающей системой отсчета), с уровнем реальности, являющимся однопорядковым относительно самой познающей системой отсчета, будет более легко и «более естественно» исследуем и верифицируем, чем с уровнем реальности качественно бесконечно удаленным от такой познающей системы отсчета.

Рассмотрим вопрос о том, исключает ли основная задача и цель науки «вариант множественности миров, равно как и различия в способа интерпретации этого описания»15. Итак, если «основная задача и цель науки – возможность адекватно описывать окружающий мир», то почему это «в принципе исключает вариант множественности миров, равно как и различия в способах интерпретации этого описания»? На наш взгляд исключение здесь может иметь место только лишь в одном случае: когда окружающий мир понимается как «Всё». Но «всё» конкретная естественная наука описывать не может. Даже философия только отчасти претендует на то, чтобы пытаться описать «Всё». Физика же описывает конкретный мир материальных процессов и объектов, которые можно наблюдать и измерять.

Неопределенность понятий «мир», «Вселенная», «реальность» уже подвергались анализу16. Часто эти понятия используются в качестве синонимов, что нередко запутывает любой теоретический анализ. В данном случае также происходит смешение понятий. Как можно понимать, например, следующее утверждение: «В гипотезе множественности миров Вселенная ветвится, включая в себя все варианты исхода (т.е. результатов эксперимента – В.Э.), распадаясь на множественные возможные миры»17? Здесь принимается, что все возможные миры являются подобластями нашей Вселенной. Другими словами, понятие Вселенной рассматривается как более общее родовое понятие, чем понятие «мир». Автор имеет право на такой шаг. Однако, для того чтобы не впасть в крайность или в путаницу, необходимо более пристально проанализировать этот вопрос18.

Вселенная, согласно многомировой гипотезе может ветвиться и распадаться на множество возможных миров19. Но тогда исходя из задачи науки – исследовать всю Вселенную, следует также решать задачу исследования всех возможных миров, которые ее «составляют» – ведь наука должна как можно полнее, более того, максимально полно описывать ту или иную область физической реальности. Это означает, что основная задача и цель науки не исключают возможного существования таких миров, как и различия способов их интерпретации.20

Чрезвычайная гибкость многомировой гипотезы как раз состоит в том, что в ней предполагается существование множества параллельных миров, параллельных нашему миру. При этом наш мир можно рассматривать как макроскопический мир, параллельно которому существуют какие-то другие миры. Можно рассматривать существование возможных параллельных миров относительно совокупности микро-, макро- и мегамиров. Можно рассматривать существование параллельных миров относительно максимально известной современной науке с теоретической и эмпирической точек зрения структуры реальности – всей нашей Вселенной. Правда, более корректно было бы назвать эту структуру реальности Метагалактикой. Наконец, в рамках мысленного эксперимента существует возможность рассмотреть экзистенцию таких миров относительно предельно широкой теоретической конструкции – гипотезы Метавселенной, состоящей из многих вселенных, одной из которых является наша Вселенная21.

Основной особенностью параллельных миров является их ненаблюдаемость22. В современной физике ненаблюдаемость тех или иных объектов и процессов уже не отождествляется с их «нефизичностью». Кварки, минивселенные инфляционной модели, тахионы, несмотря на свою принципиальную ненаблюдаемость, тем не менее, интенсивно исследуются теоретиками. Резонно предположить, что и эвереттовские параллельные миры также имеют право на активное теоретическое исследование.

В этой связи стоит вспомнить теории многомерных пространств. В определенной степени они представляют аналог параллельных миров, поскольку дополнительные размерности, существуя в нашем же мире, а более корректно, принадлежащие нашему миру, представляют собой определенные степени свободы, в которых также могут происходить специфические физические процессы, которые мы также пока не можем наблюдать. Например, согласно известной модели 5-оптики Румера, электрический заряд представляет собой компактифицированное замкнутое измерение.

Можно выделить следующие два типа процедуры интерпретации. Первая представляет собой чисто аналитическую операцию. Суть такой интерпретации состоит в разбиении на элементы и, фактически, в сравнении с уже известным знанием. Это объяснение интерпретируемого через уже известное. Более глубокий, более эвристический и, вместе с тем, и более сложный вариант интерпретации назовем синтетической интерпретацией. В этом случае после анализа интерпретируемого материала, выходят за имеющиеся знания, синтезируя новое знание. Примером синтетической, радикально новационной интерпретацией может служить уже упоминавшийся пример исследования Дираком им же полученных релятивистских квантовых уравнений и интерпретация решений как существование позитронов. Удачно найденная интерпретация позволила Дираку выйти за рамки известной к тому времени физики и ввести в научное рассмотрение новую область реальности – антиматерию.

Пока полиинтерпретационная ситуация в квантовой механике ставит гораздо больше вопросов, чем составляющие ее интерпретации дают ответов. Почему только в квантовой механике существует такое изобилие интерпретаций, но нет такого большого их количества в релятивистском варианте квантовой механики – квантовой теории поля? Большого разнообразия интерпретаций нет ни в СТО, ни в ОТО. Как относиться к этому изобилию в целом и к каждой трактовке в отдельности? Много интерпретаций – хорошо или плохо? Можно ли однозначно ответить на краеугольный методологический вопрос современной квантовой механики: достаточно ли только умения правильно вычислять физические события или принципиально важно еще понимать ответы на вопросы: почему, как, что лежит в основе и т.д.?

Изучение все более глубоких уровней физической реальности ведет к усложнению процедуры интерпретации. Все сложнее становится придавать какой-то естественный физический смысл символам и опосредованным проявлениям. Будет ли при этом сохраняться стремление или даже императив свести все к классическим макроскопическим представлениям и понятиям? Это был бы своего рода расширенный вариант боровской трактовки квантовомеханической процедуры измерения: всё в квантовой области (а не только результаты измерения) должно выражаться в классических (макроскопических) понятиях.

Проблема полиинтерпретации – проблема не только современной фундаментальной физики. Множество интерпретаций существует, может быть, как ни странно, и в философии науки, где существуют различные точки зрения относительно природы научного знания (позитивизм, неопозитивизм, фаллибилизм, анархизм (больше теорий хороших и разных!)), относительно проблемы истины, познания, онтологии и другие.

Полиинтерпретационная квантовая парадигма

Понятие полиинтерпретационной квантовой парадигмы

100 лет существования квантовой идеи дали научному миру новую уникальную ситуацию в фундаментальной физике: впервые за всю историю науки в одной из фундаментальных физических теорий имеется на данный момент свыше 20-ти ее интерпретаций (см. ниже). Если бы этих интерпретаций было две-три, как например, в ситуации с релятивистской теорией гравитации (ОТО, теория классического гравитационного поля в плоском пространстве (А.А.Логунов), калибровочная теория), то это не создало бы той особой ситуации, которая имеет место в КМ.

Наличие многочисленных интерпретаций в квантовой теории может свидетельствовать о возникновении нового гносеологического качества в данной теоретической области. Другими словами, квантовая физика находится сейчас в состоянии, когда вполне возможно появление некоторого «стандарта понимания» теоретического уровня – либо новой интерпретации квантовой механики, которая может стать со временем стандартной, либо трактовки более общей, чем ортодоксальная копенгагенская интерпретация23.

Мы предлагаем рассматривать это новое качество как полиинтерпретационную квантовую парадигму (ПИКП), как пример и образец возникновения в науке принципиально новой ситуации, характеризующейся появлением в одной из фундаментальных теорий большого количества трактовок, в том числе альтернативных. Она отражает беспрецедентную в истории науки ситуацию гносеологического плюрализма в рамках одной теории и характерна для эпохи неклассической науки. Можно сказать, что понятие ПИКП точно отражает характер исследовательской ситуации в КМ на данном этапе развития исследований.

Полиинтерпретационная парадигма также стара, как и квантовая теория. Перефразируя Фейнмана, можно сказать, что можно мастерски владеть и применять стандартную интерпретацию, но нельзя глубоко понимать современную квантовую механику без знания всего содержания данной полиинтерпретационной парадигмы. Задача состоит в том, чтобы попытаться понять, что означает само существование такого многообразия трактовок. Во-первых, количество при определенных условиях может перейти в новое качество; во-вторых, так пока и не доказана «неизбежность» и «неустранимость» какой-то одной интерпретации; и, в-третьих, тенденции свидетельствуют о росте дифференциации.

Однако содержание ПИКП имеет некоторые отличия от того содержания, которое вкладывал в понятие парадигмы Т.Кун. Так, по Куну парадигма как определенная целостная совокупность понятий, критериев, принципов и теорий призвана решать проблемы в данной области исследований. Однако ПИКП не решает, а только предлагает разнообразные варианты возможных оснований для таких решений. В принципе каждый интерпретационный вариант предлагает решение одной или нескольких проблем, существующих в КМ, поэтому можно говорить о том, что ПИКП частично решает затруднения КТ, что, по Куну, и необходимо для формирования понятия парадигмы. В то же время, если рассматривать ПИКП как некую целостную совокупность интерпретаций КМ, то в ее рамках не только фиксируются изменения в структуре знаний о микромире, но и продолжается активный процесс создания новых подходов и трактовок. Последнее можно рассматривать как одну из особенностей ПИКП.

Вообще говоря, возникновение «новой парадигмы предполагает формирование новых теоретических принципов, изменение стандартов научной рациональности, появление новой системы ценностей»24. Интерпретации, входящие в полиинтерпретационную квантовую парадигму, в определенной мере соответствуют этим требованиям.

Каково ядро ПИКП как целого? Существуют две проблемы, которые представляют собой, по-видимому, основное поле интерпретационных сражений: это - проблема измерения и вопрос о природе волновой функции. В принципе их можно рассматривать в качестве столпов полиинтерпретационной парадигмы, но, по-видимому, все же лучше оставить их в разряде физико-теоретических проблем квантовой механики, поскольку существующие интерпретации не ограничиваются только этими двумя проблемами, а рассматривают значительно более широкий круг проблем. Вообще говоря, к двум указанным основным интерпретационным проблемам можно также добавить вопрос о том, в состоянии ли КМ описывать индивидуальную квантовую систему или эта теория имеет строго статистический характер? Кроме того, существует еще несколько не менее принципиальных квантовомеханических проблем, носящих уже более выраженный концептуальный характер. Первая из них предлагает исследователю сделать выбор между детерминистической или принципиально акаузальной (индетерминистской) природой микромира. Вторая – между объективистской и субъективистской природой квантовой механики.

Может ли полиинтерпретационная ситуация вести к синтезу всех (или некоторых) трактовок и к формированию какой-то новой единой, обобщающей их все? Или все они фундаментально ложны и не способны лечь в основу новой базовой интерпретации (собственно, новой фундаментальной квантовой теории)? Но может быть основополагающая интерпретация уже существует? В частности, ею можно считать стандартную копенгагенскую интерпретацию. Но если она уже существует, то почему окутана таким концептуальным разночтением? Мы склонны предполагать, что полиинтерпретационная ситуация характеризует принципиально новое гносеологическое состояние фундаментальной физики. Впервые и очень контрастно обозначилась гносеологическая ситуация, когда фундаментальная теория, заглянувшая очень глубоко в микромир и тем самым далеко отойдя от макроскопических референтов, стала де факто полиинтерпретационной по своей форме. В связи с этим нетривиален и принципиально важен вопрос о том, станут ли все будущие фундаментальные теории (по крайней мере, пост-квантовые) полиинтерпретационными при прагматически необходимом доминировании какой-то одной, но подверженной многочисленным сомнениям?

Особенность ПИКП состоит в том, что большинство трактовок нельзя фальсифицировать. Они не поддаются процедуре фальсификации в той степени, чтобы можно было бы гарантировано утверждать о ложности той или другой трактовки. Но они не равнозначны. Большинство из них оригинальны. Они глубоко и аргументировано отражают определенные стороны микроскопической реальности.

Многоинтерпретационная ситуация является странной гносеологической флуктуацией в науке, но сможет ли она в конце концов коллапсировать до размеров одной из интерпретаций с ее полным доминированием в квантовой физике?


Процедура «интерпретации интерпретаций»

Острота и специфика проблемы интерпретации квантовой механики породили появление в методологическом багаже современной физики явления под названием «интерпретации интерпретаций». По мнению А.А.Печенкина, это направление представляет собой «философские работы, построенные на подведении высказываний крупных физиков, интерпретировавших квантовую теорию, под ту или иную философскую концепцию, работы, не вникавшие в физическое содержание…»25. Это утверждение касалось развития копенгагенской интерпретации и в этом плане представляется нам верным. В то же время, на наш взгляд, содержание «жанра» (А.А.Печенкин) можно расширить, основываясь уже на современных подходах к интерпретации КМ. С нашей точки зрения существование процесса «интерпретации интерпретаций» также связано с определенными объективными, конструктивными и содержательными моментами. Прежде всего, следует отметить, что сложная теоретическая конструкция как правило не может быть осознана сразу и в полном объеме. Чаще всего осмысление таких построений происходит, как правило, постепенно, особенно если они в существенной степени затрагивают концептуальные основания данной науки.

Или, например, попытки разобраться в краеугольной, но ингредиентной по отношению к КМ в целом, проблеме коллапса волновой функции привели к формированию исследовательской программы динамической редукции26, которая, в принципе, также является целостной интерпретацией. То же справедливо и по отношению к проблеме роли сознания в квантовой теории, являющейся составляющей по отношению ко всему комплексу КМ и даже для одной из ее интерпретаций (многомировая трактовка). Спектр интерпретации роли наблюдателя и его сознания в рамках эвереттовской интерпретации достаточно широк и может простираться от чисто субъективистской трактовки роли наблюдателя и сознания до нетривиальных и экзотических по современным меркам идей Эверетта-Уилера и некоторых современных подходов27.

Процесс “интерпретации интерпретаций” может также проходить и в следующем направлении: в рамках одной из уже существующих интерпретаций может разрабатываться трактовка одного из ее ингредиентов. Так, например, в рамках причинной программы дальнейшей разработке уже сейчас подвергаются понятия причинности, скрытых параметров, управляющей волны и др. Причем у каждого из них также может быть несколько трактовок. В частности, в качестве скрытых переменных могут выбираться не только координаты, но и другие переменные. Таким образом, мы видим, что интерпретации в современных теориях представляют собой многоуровневые исследования.

Сегодня можно утверждать, что буквально в каждой трактовке квантовой механики остается много нерешенных ингредиентных интерпретационных проблем. В частности, с нашей точки зрения, еще далеко не в полной мере осознано содержание бомовской теории, особенно в части, связанной с предложенным в ней квантовым потенциалом. Еще большую работу предстоит провести по концептуальной трактовке подхода совместимых историй; так и остается загадочной многомировая интерпретация Эверетта; на наш взгляд еще остаются вопросы относительно физического и концептуального содержания модальной интерпретации; не все ясно относительно физической природы механизма спонтанной локализации и т.д.



3. Формирование полиинтерпретационной квантовой парадигмы

Сегодня, по истечении семи десятилетий после формулировки и всеобщего признания копенгагенской версии квантовой механики, можно задать важный исторический и социологический вопрос о том, как стандартная (копенгагенская) теория установила свою гегемонию. Вообще говоря, спектр вопросов может быть значительно расширен. Ждут своего ответа, например, также следующие вопросы: как и почему вероятностные аргументы стали основными в КМ? Как и почему различные точки зрения вводились и получали аргументацию? Почему на вид они были так эффективны и убедительны? Беллер считает, что попытки найти ответ на эти вопросы приводит нас к необходимости тщательного анализа идеи неизбежности акаузальности, о чем говорили, в частности, Бор и Гейзенберг28.

И сегодня, спустя 100 лет после появления идеи кванта сохраняется необходимость анализа оснований этой теории, дальнейшего осмысления выводов из мысленных экспериментов, которые легли в ее основу. Для решения проблем существования полиинтерпретационного квантового феномена необходимо не раз возвращаться к анализу оснований КТ и к первым дням ее создания, поскольку можно выдвинуть предположение, что именно они являются источником тех фундаментальных оснований (предпосылок), которые привели к ситуации ПИКП.

Важнейшим фактором, позволяющим понять саму возможность появления ПИКП, является то, что формализм квантовой механики не идентичен копенгагенской интерпретации и не нуждается в ее включении29. Отсюда следует возможность альтернативы, наблюдательно эквивалентной теории, основанной на этом формализме. Эта возможность была доказана большинством уже появившихся альтернативных и обобщающих интерпретаций. В некотором смысле, например, работа Д.Бома 1952 года может рассматриваться в этой связи как упражнение в логике: он предоставил доказательство того, что копенгагенская догма не была единственной логической возможностью, совместимой с фактами. Бом воспринял формализм квантовой механики и показал, что некоторое другое теоретико-концептуальное построение не противоречит КТ. В принципе, реализацию такой возможности можно рассматривать в качестве одной из задач интерпретации. В то же время, полиинтерпретационный характер фактического существования КМ, по существу, опровергает веру Бора в «замкнутость, окончательность, неизбежность и невозможность альтернатив»30. Кроме того, Бор «искренне верил, что его анализ КТ является единственно возможным». Означает ли это, что уже само существование ПИКП опровергает возможность создания единственной трактовки в КТ?

Характерной особенностью становления КМ, которая послужила предпосылкой формирования ПИКП, было и то, что уже само формирование основ КМ сопровождалось параллельной формулировкой сразу нескольких подходов, которые, в принципе могли лечь в основу этой теории. В частности, практически одновременно с вероятностной трактовкой шли работы по созданию детерминистической версии. Вообще говоря, в самый первый период формирования основ КМ, наряду с вероятностным (индетерминистическим) подходом копенгагенской школы и причинно-реалистическим альтернативным подходом Эйнштейна и ряда других физиков, можно отдельно выделить в качестве интерпретации особого рода концепцию волны-пилота де Бройля в связи со специфическим статусом самой идеи волны-пилота. Причем попытки Л. де Бройля раскрыть детерминистическое содержание квантовых закономерностей относятся еще к периоду с 1924 по 1927 гг. Напомним, что Гейзенберг сформулировал матричную механику в 1925 г, а Шредингер создал волновую механику в 1926 г. Таким образом, многовариантная интерпретативность КМ проявилась практически сразу же, что естественным образом ставит вопрос о том, является ли этот факт физической многозначности ее неотъемлемой природой или вызван какими-то другими обстоятельствами.

Многие из аргументов, которые были приняты в качестве решающих в более раннем периоде, сегодня нередко рассматриваются в качестве внешних или, по крайней мере, далеких от того, чтобы быть логически неотразимыми. К подобной аргументации относятся, в частности, формулировки некоторых собственных позиций Гейзенбергом, Бором и Борном относительно невозможности причинной и образно представимой квантовой теории на пространственно-временном фоне, которые вскоре превратились в неразрушимую догму. Это и «опровержение» Паули де бройлевской модели волны-пилота; и фон неймановское «доказательство» невозможности скрытых переменных в квантовой механике; и эйнштейновская убежденность в том, что введение нелокальности в квантовую механику может сделать невозможной науку в том виде, как мы ее знаем и привести к явному конфликту между квантовой нелокальностью и относительностью31. Основанием для такого критического отношения к точкам зрения основателей послужили в первую очередь работы Д.Бома, а также многочисленные результаты последних исследований.

Заслуживает особого внимания непоследовательность и неоднозначность процедуры отказа создателей КМ от причинности. Первая достаточно определенная позиция Гейзенберга против каузальности появилась в статье 1927 г. В ней Гейзенберг, в ответ на упреки Шредингера в неинтуитивности матричной механики, восстановил обычное пространство-время и вернулся к наглядности (визуализации) частиц в пространственно-статистических терминах. В первоначальной форме матричной теории элементы матрицы понимались исключительно в электромагнитной форме и связывались с частотой, интенсивностями и поляризациями испущенного атомом излучения. «Никто не помышлял делать какие-либо индетерминистические выводы из факта, что матричные элементы представляли вероятности перехода»32. Многие теоретики, включая Борна и Йордана, не исключали, что это могло быть временной слабостью теории – позиция близкая эйнштейновской. В ноябре 1925 г Паули декларирует в письме к Бору, что удовлетворительная физическая теория не должна содержать вероятностных понятий в своих фундаментальных предположениях. В начале 1927 г, как раз перед появлением статьи о неопределенности, Йордан доказывал, что пока КТ нередуцируема к теории независимых элементарных вероятностей, нельзя выносить вердикт по проблеме детерминизма. Не удивительно, что и М.Борн в первое время не был убежден в том, что его статистическая интерпретация волновой функции имела какое-либо далеко идущее философское объяснение. Многие теоретики, включая Гейзенберга, вначале также не выражали веры в априорный статус прерывности квантовых процессов и квантового постулата Бора. Более того, Гейзенберг вначале даже радовался, что его матричная теория не постулирует дискретные энергетические уровни догматически: их существование вытекало из математического формализма. Гейзенберг, Йордан и Борн описывали это как «значительное преимущество» новой матричной механики по сравнению со старой КТ33.

Двусмысленность и противоречивость («несогласованность» – inconsistensy) понятия неконтролируемого воздействия измерения на явление, по-видимому, также лежат в основе желания исследователей выйти за рамки противоречивости, а, следовательно, ведут к поискам новой интерпретации. «Понятие возмущения является несогласованным, поскольку предполагает существование объективно точных значений, которые изменяются при измерении в противоположность желаемому выводу об их индетерминизме»34. Следовательно, в качестве еще одной особенности формирования ПИКП следует считать неоднозначность понятий и некоторых представлений, которая имела место в первую очередь у основателей КМ.

Важным моментом, повлиявшим на формирование полиинтерпретационной парадигмы (ПИ-парадигмы), явилось стремление сторонников копенгагенской интерпретации решать задачи в первую очередь локального контекста. Так, согласно М.Беллер, «сторонники копенгагенской интерпретации и коллективно и индивидуально не имеют согласованной точки зрения (позиции) по проблеме реализма-антиреализма, и используют различные, часто противоречивые аргументы, зависящие от локального контекста»35.

Возможно, еще одной причиной возникновения многообразия интерпретаций является частая смена (вплоть до радикальной реверсивности) взглядов основателей стандартной КМ, прежде всего Бора и Гейзенберга, что породило определенные сомнения у ряда последователей36. И действительно Бор еще в 1937 году сомневался в окончательности и универсальности вводимых ими положений. Подобное сомнение М. Беллер, например, видит в следующих его словах, касающихся возможного «непонимания принципа неопределенности, если пытаться выражать его утверждениями типа «положение и импульс не могут быть измерены одновременно с произвольной точностью» …такая формулировка не исключает возможность будущей теории, которая будет рассматривать оба свойства»37.

С одной стороны, сомнение – это обычный спутник любого процесса познания, особенно фундаментального. Поэтому усугублять его негативную сторону особого смысла не имеет. И даже звучащий максималистски принцип Р.Декарта: «Подвергай все сомнению!» разумнее понимать методологически существенно мягче, как императив более тщательного анализа всех элементов проблемы и нацеленности на постоянный поиск более глубокого содержания, чем как пессимистически-нигилистическую руководящую установку в исследованиях.

Одним из факторов, способствующих поиску новых трактовок, явилось по словам Д.Бома то, что «… обычная интерпретация заставляет нас отказаться от возможности хотя бы мысленно представить себе факторы, определяющие поведение индивидуальной системы в квантовой области, причем удовлетворительного доказательства необходимости такого отказа не существует»38. Одним из ярких и жестких утверждений подобного рода можно рассматривать слова Гейзенберга: «Идея объективного реального мира, чьи самые маленькие части существуют объективно в том же самом смысле как камни или деревья, независимо от того, наблюдаем мы их или нет... является невозможной». (Гейзенберг 1958,129)

Вероятно, одной из причин, определивших формирование ПИ-парадигмы, является также метод угадывания (назовем его гессинг-метод39), активно применявшийся Бором при создании старой КТ, В.Гейзенбергом при формировании матричной механики и т.д. Этот метод можно также назвать интуиционистским (интуитивным). Так, А.Мессиа считает, что «центральная проблема старой КТ – определение «правил квантования» – решается, по существу, на основе интуиции»40. Учитывая ту особую роль, которую играли основатели КМ в развитии «стандартного (копенгагенского) квантового мировоззрения», можно с большой долей уверенности утверждать, что гессинг-метод был одним из краеугольных камней квантовой методологии. Поскольку само «угадывание результата» представляет собой сугубо некаузальную интеллектуальную операцию, то с некоторым правдоподобным основанием можно утверждать, что данный основной руководящий метод в определенной мере также послужил основанием для формирования гносеологии индетерминизма, а затем и к индетерминистической онтологии.

На наш взгляд в основе ПИКП лежит одна очень серьезная особенность и одновременно тенденция современного познания. Это – принципиальная опосредованность физического познания. В качестве усиливающейся тенденции она, по-видимому, берет свое начало (с точки зрения всё большей ее значимости в теоретических и экспериментальных исследованиях) буквально с первых лет ХХ столетия, когда стали формироваться две самые революционные и самые абстрактные для того времени физические теории. Во второй половине прошедшего века эта тенденция, по-видимому, стала доминирующей в фундаментальной физике.

В то же время «цепочки» опосредования между наблюдателем (исследователем) и непосредственно объектом исследования стали уже сейчас настолько «длины», что очень остро стоит вопрос о том, что же на самом деле мы наблюдаем? А еще острее вопрос стоит о том, что же на самом деле описывает большинство действительно выдающихся достижений человеческой теоретической мысли? Насколько реальны минивселенные и содержащая их Метавселенная инфляционных моделей?41 Насколько объективны в своем существовании тахионы, скварки и слептоны, инфлатоны, аксионы, монополи? Насколько соответствуют реальности мысленные эксперименты, скажем, по моделированию падения наблюдателя в черную дыру и пересечения им гравитационного радиуса? Соответствует ли хоть какой-то реальности представления об отонах42 или о начале Вселенной из сингулярной точки (пусть даже с планковскими значениями основных величин) или вообще из «ничто»43?

Последние годы осмысления квантовой механики поставили остроту этих вопросов и в другую плоскость: все больше появляется работ, в которых с разных позиций развиваются идеи, высказывавшиеся еще основателями КМ о том, что в физических процессах роль наблюдателя не только проявляется активным образом, но и сами эти процессы, сами объекты исследования в буквальном смысле создаются наблюдателем, а в более сильной форме - даже его сознанием. Ряд исследователей не исключают точку зрения о том, что сознание наблюдателя может само выбирать один из совокупности одновременно (параллельно) существующих миров, в котором будет существовать результат эксперимента. Какую роль может играть в фундаментальной физике экзистенция наблюдателя с точки зрения экзистенционального постулата о нерасчлененности, целостности пары субъект-объект? Ведь квантовая механика несепарабельна, а в некоторых её интерпретациях волновая функция кроме самих квантованных частиц и полей описывает также не только человека, но и всю Вселенную. Возможно ли квантово-механическими средствами описать подобные уровни бытия вплоть до холистического? Как связана несепарабельность, квантовая холистичность, наконец, сам интедерминистистический подход с требованием однозначности научных результатов?


  1   2   3

  • Понятие полиинтерпретационной квантовой парадигмы
  • Процедура «интерпретации интерпретаций»