Реальность и наблюдаемость

Две философские традиции. В истории философии и науки сложились в свое время две противоборствующие традиции в утверждении реальности чего-либо, оказавшие влияние и на методологию физики.

Если не обращаться непосредственно к античной культуре, мудрые представители которой различали истинное (или умопостигаемое) знание и мнение (обыденные пред-ставления), то можно будет сказать, что одним из самых ярких выразителей рационалистической традиции был известный французский математик, физик и философ Р. Декарт, живший в XVII в. Декарт выдвинул знаменитый тезис «cogito ergo sum» («мыслю — следовательно, существую»).

Для Декарта «наиреальнейшей реальностью» было «мыслящее существование», т. е. «Я», ибо невозможно ведь сомневаться в своем собственном существовании, раз оно осмысливается и сознается. С точки зрения картезианской метафизики (т. е. философии) подлинной истинностью и потому реальностью обладают самоочевидные (интуитивно ясные, отчетливые, аксиоматические) сущности. «Под интуицией,— писал Декарт,— я разумею не веру в шаткое свидетельство чувств и не обманчивое суждение беспорядочного воображения, но понятие ясного и внимательного ума, настолько простое и отчетливое, что оно не оставляет никакого сомнения в том, что мы мыслим, или, что одно и то же, прочное понятие ясного и внимательного ума, порождаемое лишь естественным светом разума и благодаря своей простоте более достоверное, чем сама дедукция...

Эмпирицистский подход к реальности вырос из философской доктрины так называемого номинализма. Номинализм сформировался в средние века и утверждал подлинную реальность, первичность для конкретных, чувственно воспринимаемых вещей, а общие понятия признавал только в качестве имен для единичных предметов. (В противоположность ему средневековый реализм, с ко-торым коррелирует рационалистическая традиция, при-знавал объективную реальность общих понятий — уни-версалий, как существующих якобы независимо от от-дельных вещей). И подобно упомянутому выше тезису Декарта, выражавшему суть рационалистической тради-ции, наиболее ярким выражением эмпирицистского подхода является тезис английского мыслителя Дж. Беркли «esse est регсірі» («существовать — значит быть воспринимаемым»). «Обладают ли другие люди такой чудесной способностью образовывать отвлеченные идеи,— писал Беркли,— о том, они сами могут всего лучше сказать; что до меня касается, то я должен сознаться, что я действительно нахожу в себе способность воображать или представлять себе идеи единичных, воспринятых мною вещей и разнообразно сочетать и делить их... идея человека, которую я составляю, должна быть идеей белого, или черного, или краснокожего, прямого или сгорбленного, высокого или среднего роста человека. Я не в состоянии каким бы то ни было усилием мысли образовать вышеописанную отвлеченную идею. Точно так же для меня невозможно составить отвлеченную идею движения, отличную от движущегося тела... Простая и неученая масса людей никогда не притязает на отвлеченные понятия. Говорят, что они трудны и не могут быть достигнуты без усилий и изучения; отсюда можем разумно заключить, что если они существуют, то их можно найти только у ученых» 2.

Переплетение двух традиций в физике. Противоборство двух этих философских традиций нашло свое отражение и в сфере физического познания, которая тоже ведь является сферой человеческой деятельности.

Глашатаем рационализма в физике выступил А. Эйнштейн, который высказал следующее убеждение: «Теория лишь решает, что именно можно паблюдать». Это убеждение совершенно отчетливо подчеркивает приоритет ра-ционального мышления перед наблюдениями, чувствами. Но все же не следует думать, что оно возвращает нас к типично картезианской мысли. Эйнштейн не отвергал и требование наблюдаемости прообразов теоретических конструкций, считая эксперимент критерием истины теории. Он подчеркивал, что наблюдаемость сама по себе недостаточна для понимания всей той совокупности явлений, которая стала доступна современной физике на теоретическом уровне. «Если мы хотим утверждать, что мы что-то наблюдаем,— отмечал Эйнштейн,— нам необходимо знать, как функционирует природа на всем длинном пути от наблюдаемого явления до фиксации его результатов в нашем сознании. Мы должны, по крайней мере практически, знать законы природы. Лишь теория, т. е. знание законов природы, позволяет нам по ощущению судить о лежащих в его основе явлениях» 3.

Эти замечания были сделаны Эйнштейном при обсуждении им и В. Гейзенбергом проблем квантовой физики, методология которой поначалу казалась скорее эмпирици- стской, нежели рационалистической. Как бы там ни было, но Эйнштейн справедливо считал, что опытный (эмпирический) материал сам по себе еще не образует всего знания об объекте; такое знание возникает лишь в теоретическом осмыслении этого материала.

Если мы посмотрим на здание современной физики, то увидим, что, к какой бы области этой науки мы ни обратились, везде обнаруживается множество модельных теоретических представлений и мысленных экспериментов, через которые и осуществляется проникновение в суть явлений, связь сущности (общего и необходимого) с явлением (единичным и случайным), реальности с наблюдаемостью. Ведь именно такие модели, с одной стороны, опираясь на общие законы и физические прин-ципы, воплощают в себе теоретическое знание и призна-ки сущности, а с другой стороны, учитывая конкретные особенности физической ситуации, указывают путь к яв-лениям, к экспериментальной проверке гипотетических элементов конкретизации.

Экспериментальная деятельность, а также технические воплощения теоретического знания служат для физики практическим средством связи ее идеальных конструкций с объективной реальностью. И связь эта в современной физике, как правило, весьма и весьма опосредованная. Сначала на основе общих теоретических законов и учета специфики исследуемой физической ситуации строится теоретическая модель последней. Далее эта модель свя-зывается с идеальной схемой эксперимента, т. е. его тео-ретическим проектом. Затем последний воплощается в материальных приборах, которые через свои материальные операции, взаимодействия с искусственно отобранными объектами природы, осуществляют, наконец, материальную связь физической реальности с реальностью объективной. _

Специфика квантовофизической реальности заключается в том, что эта реальность неоднородна, многослойна^ Во-первых, в ней имеется слой реальности ненаблюдае-^ мых непосредственно объектов (элементарные частицы й их компоненты) и законов (например, принципы симмет^ рии). Во-вторых, здесь имеется реальность эффектов, ко-торые порождаются такими объектами и регулируются их законами в изучаемой среде.

Является ли такая многослойиость реальности следст-вием некоей якобы неверной, неадекватной методологии физики? Надо признать, что на заре новой физики мно- гие ученые, в особенности сторонники методологии позитивизма, именно так и думали. Например, Э. Мах полагал, что теоретическое знание само по себе не имеет объективной истинности, его задача сводится к тому, чтобы упорядочивать данные опыта наподобие того, что делается, скажем, при обработке результатов экспериментов и измерений средствами математической статистики. П. Бриджмен и JI. Бриллюэн были весьма неудовлетворены значительным отрывом теоретических структур современной физики от ее опытных оснований. В особенности предметом их неудовлетворения служила общая теория относительности (ОТО). На первый взгляд, эта неудовлетворенность была вполне обоснованна. Ведь, на ранних этапах своего развития ОТО и в самом деле не находила никаких практических приложений, а, кроме того, в отличие от других фундаментальных физических теорий она имела очень мало независимых (от других теорий) опытных подтверждений (это были смещение перигелия орбиты Меркурия, отклонение световых лучей вблизи Солнца, красное смещение), которые к тому же объясняются и альтернативными ОТО теориями гравитации. Однако, как это становится ясным в наши дни, позиции Маха, Бриджмена и Бриллюэна все же не являются оправданными. Ведь сегодня ОТО в значительной мере способствует развитию астрофизики и космологии, помогая им открывать и обт^яснять все новые и новые физически реальные (хотя, возможно, и не всегда объективно реальные) явления и объекты.

Анализируя связь реальности с наблюдаемостью, мы неизбежно сталкиваемся со следующим гносеологическим противоречием. С одной стороны, именно с помощью общих физических законов достигается понимание отдельных данных наблюдений и экспериментов, с другой — физическая реальность как материально-идеальное обра- зование, воспроизводящее сущность отдельных явлений, не может восприниматься столь же непосредственно, как воспринимаются, к примеру, стол, стулья, жилые массивы, мерцание звезд, отклонения стрелок приборов, показания осциллографов, треск счетчика Гейгера и т. п. С од~ ной стороны, для физиков реально прежде всего то, что наблюдаемо, измеримо, с другой — под физической реальностью понимается и определенный «теоретизированиый» мир, мир ненаблюдаемых непосредственно процессов, отражаемых в теоретических конструкциях. Таким образом, теоретическое, реальное (как сущность) и эмпирическое, наблюдаемое (как явление) находятся как бы на различных полюсах познавательного процесса, как бы разделены между собой определенной онтологической и гносеологической «пропастью».

Квантовая физика подкрепляет это убеждение тем, что она использует несводимые друг к другу бытийные характеристики объектов. С одной стороны, она исполь-зует такие обычные физические понятия, как положение, импульс, масса частицы, характеризующие диспозиции квантовых объектов, т. е. такие их свойства, которые, по мнению физиков, не существуют сами по себе, а прояв-ляются лишь в процессе экспериментальной деятельно-сти, практической активности исследователя. С другой стороны, квантовому миру присущи и такие черты (фи-зические константы — заряд электрона, постоянная Планка и др.), ^которые не зависят от условий эксперимента и, по-видимому, от теории. Наконец, так сказать, с третьей стороны, квантовая теория вводит ряд понятий, значимость которых связана именно с этой теорией и которым трудно сопоставить какие-либо привычные физические прообразы (например, понятие волновой функции).

Возникающая здесь ситуация имеет диалектический характер. По сути дела, она является следствием диалектически заданного противоречия между сущностью и явлением. А такого рода противоречия преодолеваются, как известно, в движении, развитии познания. Хотя сущность явлений и ненаблюдаема сама по себе, не воспринимается чувствами, она не существует вне явлений, реализуется именно в явлениях. И хотя явления воспринимаются непосредственно (или с помощью технических средств), понять их реальность можно, лишь обращаясь к теорети-ческим конструкциям.

В современной физике наблюдаемость связывается не просто с чувственным восприятием, а с приборными из- мереииями. Конечно, техническая оснащенность нашей чувственности значительно расширяет ее возможности. Однако что мы измеряем? Конечно, не пространственно- временной континуум (это ведь идеальная конструкция, а не материальный объект). Как измерить Вселенную или хотя бы (!) фотон? Как измерить всемирное тяготение, «движение» волновой функции согласно уравнению Шрёдиигера? В общем физики измеряют, конечно, не сами законы и уравнения, не сам континуум, не саму Вселенную, не волновую функцию, а какие-то конкрет-ные проявления, свойства, характеристики объектов и систем, которые описываются при помощи этих конструкций. Обычно измерение результируется в наблюдаемых совпадениях положений стрелок приборов с делениями шкалы, в биениях осциллограмм, в подсчете слышимых импульсов тока и т. п. Затем уже на этом основании при помощи теоретических средств (уравнений и законов) делаются выводы о сущности и существовании теоретически осмысливаемых объектов реальности и истинности законов физики. Таким образом, в физике заключения о сущности явлений и реальном статусе референтов весьма общих и абстрактных теоретических понятий выводятся тогда, когда достигается физическая связь между приборами (физиком-экспериментатором) и объективной ре-альностью. Эта связь и есть физическая реальность. Иде-альные конструкции последней, т. е. теории, направляют экспериментальный поиск, практику. Если они не могут быть подтверждены (и реализованы на практике), то это будет служить доказательством отсутствия у них объек-тивно-реальных прообразов. Соответствующие таким конструкциям идеальные элементы не могут тогда рас-сматриваться в качестве элементов сущности явлений. Например, идеальной сущностью оказался в свое время лоренцевский эфир. Хотя лоренцевская теория объясняла ряд экспериментов (в том числе и эксперимент Майкельсона — Морли), составивших, как принято счи-тать, опытную основу специальной теории относительности (СТО), она делала это за счет особых дополнительных гипотез искусственного характера (гипотезы сокращения, обосновываемой теорией «молекулярных сил»), а концепция эфира не нашла эмпирического подтверждения в силу неуловимости ее предмета.

Вопрос об обтэективиой реальности теоретических конструкций в форме требования использовать в теории только такие конструкции, которые могут быть практиче- ски обоснованы, всплыл в методологии физики в начале XX в. Хотя, конечно, это требование присутствовало и в классический период развития физики, особое внимание ученые обратили на него именно на этапах становления физики современной. В значительной мере этому способствовали критическая позиция Э. Маха по отношению к ньютоновской концепции пространства и времени и создание СТО.

Что такое принцип наблюдаемости? Известно, что Эйнштейн при построении СТО использовал принцип на-блюдаемости. Он применил его, с одной стороны, в его ограничительной, негативной функции для устранения из сферы основных теоретических конструкций физики по-нятия о ненаблюдаемом светоносном эфире, а с другой — в позитивной, конструктивной функции при анализе пространственно-временных понятий, прежде всего понятия одновременности пространственно разделенных событий.

Принцин наблюдаемости сыграл большую роль и в становлении квантовой теории. Так, развитие теории атома от модели Бора — Зоммерфельда к квантовой механике показало, что в рамках первой модели вводились хотя и образно представимые, но, по существу, ненаблюдаемые конструкции орбит электронов, движущихся вокруг ядра, подобно планетам, движущимся вокруг Солнца. Но почему они были ненаблюдаемыми, если их так легко представить себе, изобразить на бумаге? Дело в том, что приписывание реальности таким конструкциям в мире объектов атомной теории приводило к противоречиям с опытом. Если электроны движутся вокруг ядра по орбитам, то, согласно законам электродинамики, они должны излучать электромагнитные волны, которые должны отнимать у электронов энергию. В результате скорость вращения электронов по орбитам должна уменьшаться и в конце концов электроны должны просто упасть на ядро. Однако это рассуждение противоречило опыту, ибо вопреки ему доказывало нестабильность су-ществования атомов. Опыт говорил, что наблюдаются вовсе пе стационарные орбиты электронов, а так называемые квантовые скачки, дискретные переходы между такими орбитами. В дальнейшем модель Бора — Зоммерфельда показала свою непригодность для описания сложных атомных систем. И Гейзенберг в своем построении матричного варианта квантовой механики отказался от конструкции орбитального движения электронов. Позднее он, используя мысленный эксперимент с микроскопом, по- казал, что характеристики орбитального движения квантовых объектов (т. е. точные значения одновременно и скорости, и положения квантового объекта на орбите) определить нельзя. Отказавшись в своей механике от таких классических понятий, как радиус орбиты и часто-та обращения по ней электрона вокруг ядра, он ввел взамен их в качестве исходных понятия наблюдаемых на опыте частот (энергии) спектральных линий излучающих микроскопических систем и частот (интенсивностей) переходов между энергетическими уровнями.

Характеризуя роль принципа наблюдаемости в станов-лении современной физики, М. Бори писал в 1955 г.: «Современная физика достигла своих крупнейших успе-хов в немалой степени с помощью применения методо-логического принципа, согласно которому понятия, относящиеся к различиям за пределами возможного опыта, не имеют физического смысла и должны быть элиминированы» 4.

Нужно отметить, что эта характеристика принципа наблюдаемости Борном, хотя вроде бы и естественна, на самом деле является очень жесткой. Ведь для человеческого опыта не существует раз и навсегда установленных границ. Опыт нельзя искусственно ограничивать материальными действиями, он включает в себя органично и духовную деятельность, а сфера возможного опыта расширяется не только за счет материальных (технологически воплощенных в приборах и физических действиях человека) средств, но и за счет интеллектуальной деятельности человека, не только за счет эксперимента, но и за счет теории. Борн же отвергал реальность и таких теоретических конструкций, которые являются условиями (пусть недостаточными) расширения сферы возможного опыта. Так, вслед за А. Пуанкаре он подверг критике математическую (теоретико-множественную) модель континуума, как не отвечающую сути идеи физической непрерывности, причем в этой критике он опирался на свою трактовку принципа наблюдаемости. Ведь нельзя же в самом деле, считал Борн, эмпирически воспроизвести все знаки разложения в десятичную дробь, скажем, числа я. Такие математические величины никогда не могут быть материально определены с неограниченной точ ностыо. И потому, скорее всего, подходящим средством описания таких не вполне точных уже по самой своей природе материальных физических величин при помощи действительных чисел является понятие вероятности. По- нятие же точки континуума операционально неопределимо, ненаблюдаемо, и потому каждому точно определенному значению физической (надо бы говорить, материальной) величины следует приписать некоторую плотность вероятности, как это имеет место в квантовой механике, когда речь заходит о предсказании результатов измере-ний несовместных свойств частиц, например их положе-ний и импульсов 5.

Борновская трактовка принципа наблюдаемости требует, по сути дела, переформулировки всей физики в вероятностном плане, хотя в огромном множестве физических ситуаций в этом нет никакой необходимости. И в силу своей излишней жесткости борновский принцип наблюдаемости ограничивает эвристический потенциал теоретико-физических построений. Но какой же должна быть адекватная формулировка принципа наблюдаемости, ко-торая бы позволила реализовать этот потенциал в макси-мальной мере? Оказывается, что ответ на этот вопрос за-висит от ряда обстоятельств, определяемых контекстом исследования.

Надо отметить, что из теории физики известно большое количество самых различных — от очень широких до очень узких — формулировок принципа наблюдаемости. Его исследования показывают, что содержание и формы применения этого принципа в научной практике исторически изменчивы и зависят от более общих методологических и мировоззренческих (т. е. фактически философских) позиций, от контекста рассматриваемой теории или класса теорий. Конечно, для всех трактовок принципа наблюдаемости можно попытаться выделить некую общую основу. Она заключается просто в том, что принцип наблюдаемости выражает требование связи теории с опытом. Однако вполне очевидно, что эта основа слишком уж обща и неконкретна. К тому же она может быть приемлема для самых различных философских позиций.

К методологической сути принципа наблюдаемости можно подобраться, обратившись к диалектическому по-ниманию отношения сущности и явления. С точки зрения такого понимания можно сказать следующее: сущность (воспроизводимая общими теоретическими законами фи-зики) должна проявляться в конкретных единичных яв-лениях, эмпирических данных, наблюдениях й экспери-ментах; за явлениями (которые либо открываются неожи-данно, либо, что все чаще случается сегодня, предсказы-ваются на основе накопленного, подтвержденного либо нового, потенциального, гипотетического теоретического знания) должна скрываться общая и необходимая сущность. При этом сущность физических явлений, воспроизводимая теоретическими законами физики, является сама по себе ненаблюдаемой (нельзя же наблюдать непосредственно закон всемирного тяготения, уравнения Максвелла, уравнение Шрёдингера). Однако, если она обладает объективным статусом, она должна проявляться в виде наблюдаемых, измеримых на опыте и в эксперименте эффектов.

Эффективность эвристических функций принципа наблюдаемости зависит от вкладываемого в него содержания, от степени категоричности методологического требования, которое с ним связывается. Как слишком низкая степень этой категоричности, или, иными словами, высокая степень общности содержания принципа наблюдаемости, так и слишком высокая степень категоричности, или, по-другому, узость, высокая конкретность его содержания, приводят к снижению эффективности эвристических возможностей принципа наблюдаемости. Отождествление сути данного принципа с одной из двух радикальных — очень широкой или же, напротив, очень узкой — его интерпретаций может послужить основанием для отрицания всяких эвристических возможностей этого принципа.

В самом деле, М. А. Марков в цитировавшейся уже статье 1947 г. «О природе физического знания» подверг принцип наблюдаемости довольно суровой критике. Он писал, что этот принцип, представленный в форме утверждения: «В теорию должны входить только принципиально наблюдаемые величины», содержит «существенный порок неоднозначности: какие величины считать прин-ципиально наблюдаемыми?» Если считать, что ответ на этот вопрос должен дать эксперимент, то принцип стано-вится тривиальным утверждением. Если же речь идет о величинах, принципиально наблюдаемых в мысленных экспериментах, т. е. с точки зрения данной теории, то принцип в иных словах вскрывает лишь непротиворечи-вость данной теории или отсутствие в ней «лишних» эле-ментов. Но в теориях всегда существует «хлам» ненаблюдаемых понятий, несмотря на требование некоторых их создателей, чтобы в теории входили только наблюдаемые величины. Без этого «хлама», справедливо подчеркивал М. А. Марков, наука просто перестала бы развиваться. Его нельзя отменить неким декретом, а выбрасывается он тогда, когда становится практически ненужным.

Требование, чтобы в теорию входили лишь наблюдаемые величины, представляется М. А. Маркову излишне жестким. Такому требованию можно подчинить только конечные результаты теории, с ним можно связать использование физической теорией начальных данных, но вовсе не промежуточные логические этапы на пути к ее конечным результатам. «Во всяком случае,— писал М. А. Марков,— имеется опасность, что в такой жесткой формулировке принцип является таким же произвольным ограничением, как и классическое требование наглядных представлений, и столь же антинаучным»6. Например, весьма вероятно, что развитие современной физики было бы существенно задержано, если бы, уступая требованию принципа наблюдаемости, в свое время отвергли теорию Дирака, поскольку она вводила представление о ненаблюдаемом тогда положительно заряженном электроне (позитроне) .

Эти последние высказывания М. А. Маркова вполне справедливы, поскольку речь идет о «жесткой» формулировке принципа, но, опираясь на них, автор приходит затем к отрицанию эвристической силы принципа наблюда-емости вообще (несмотря на, несомненно известные ему конструктивные применения этого принципа при построении СТО и квантовой механики): «...принцип наблюдаемости в его несомненной части вряд ли содержит больше, чем тривиальное утверждение, что теория должна соответствовать эксперименту» 7.

Однако требование соответствия теории опыту — это все же более общее требование, нежели принцип наблю-даемости. Оно ведь охватывает и такие методологические неблагоприятные и неплодотворные ситуации, когда соответствие теории опыту достигается, например, за счет подгонки теории к опыту путем введения искусственных, дополнительных гипотез (гипотез ad hoc). Подобный путь развития теории (например, объяснение релятивистских эффектов за счет введения Лоренцем и Фитцджеральдом гипотезы сокращения) идет как раз вразрез с требованием принципа наблюдаемости, хотя он также требует, чтобы теория соответствовала опыту. Представляется, что явное отрицание эвристических функций принципа наблюдаемости связано прежде всего с упомянутым выше отождествлением его конкретного содержания с содержанием одной из двух его полярно- радикальных формулировок. Конечно же, когда содержа-ние этого принципа тождественно тривиальному общему требованию соответствия или даже просто связи теории с опытом, этот принцип вряд ли способен выявить свои конструктивные возможности. Но если его содержание приравнивается содержанию утверждения, что «все объ-екты физической теории должны быть наблюдаемыми», то и в этом случае эвристический потенциал этого прин-ципа теряется, ибо он превращается в узко эмпири- цистскую догму, сдерживающую научное развитие. М. А. Марков справедливо это подчеркнул.

Примерами последней трактовки принципа наблюдаемости могут служить методологические концепции позитивистски настроенных западных физиков. Ведь именно в такой, узкоэмпирицистской форме принимал принцип наблюдаемости ГІ. Бриджмен, критиковавший методологические и принципиальные основы теории гравитации А. Эйнштейна. По существу, абсолютизируя этот принцип в указанной формулировке, возводя его в таком виде в ранг универсального и главнейшего требования методологии физики, Бриджмен пришел к субъективистской (операционалистской) трактовке природы физического знания. Субъективистский характер методологической концепции Бриджмена ясен уже из того отстаивавшегося им требования, чтобы все физические понятия обретали свое содержание только в контексте конкретных операциональных определений. Но ведь при этом можно дать бесчисленное множество операциональных определений, скажем, понятия длины, поскольку можно предложить в принципе бесчисленное множество измерительных процедур для определения этой физической величины, и все эти определения будут различными, ибо различны измерительные средства и ситуации. Например, длину можно определять разными линейками, акустическими, электромагнитными приборами и т. д. В подобной методологической концепции природы физического знания теряется уже не только объективность последнего, но даже его ин-терсубъективность. Вместе с тем неправомерность брид- жменовской критики оснований ОТО становится очевид-ной в наши дни с учетом новейших достижений астро-физики и релятивистской космологии. «Общая теория от-носительности, которая всегда считалась примером чисто абстрактных, умозрительных построений, основанных на очень далеких экстраполяциях, богатых неоднозначными вариантами,— пишет в этой связи М. А. Марков,— постепенно становится наукой, где эксперимент начинает играть существенную роль в ограничении вариантов. Так, уже экспериментальные обнаружения эффекта красного смещения и реликтового фотонного излучения сильно сужают множество возможных сценариев происхождения и эволюции нашей Вселенной» 8. Не является ли такое «ограничение вариантов» в теоретическом моделировании Вселенной одним из проявлений конструктивного эвристического характера принципа наблюдаемости в современной физике?

Итак, конструктивное применение принципа наблюдаемости возможно в пределах каких-то иных его формулировок, нежели те, которые сводятся лишь к указанным выше двум полярно-радикальным формулировкам. Пожалуй, сейчас общепризнано, по крайней мере в современной советской научной литературе, что эвристическая мощь принципа наблюдаемости как одной из конкретиза- ций общей диалектики сущности и явления сказывается в следующих условиях. Во-первых, этот принцип требует эмпирической интерпретации не для всех, а только для части понятий физической теории, таких понятий, кото-рым должны отвечать объективно-реальные прообразы в природе. Во-вторых, он должен использоваться не как единственное универсальное методологическое основание построения или интерпретации физической теории или понятия, а наряду, в совокупности, в системном единстве с другими ваяшейшими методологическими требованиями, прежде всего» совместно с принципами соответствия, простоты, непротиворечивости. Здесь нужно учитывать, что заключения о наличии объективно-реальных прообразов теоретических понятий и законов ограничиваются, с од-ной стороны, концептуальными рамками теории и, с дру-гой стороны, сферой эмпирического подтверждения теоретических выводов, из них вытекающих. Это и есть требование принципиальной наблюдаемости подобных прообразов в их системном единстве, определяемом и самой реальностью, и теорией, да и самой материальной деятельностью людей. Принцип наблюдаемости может даже превратиться в один из фундаментальных принципов той или иной теории. Он может рассматриваться наряду с другими методологическими и мировоззренческими принципами физики как один из критериев физической реальности. Вопрос о наблюдаемости или непаблюдаемости объ-ективно-реальных прообразов тех или иных теоретиче-ских конструкций физики решается не тотчас же при построении какой-либо физической теории. Иногда слу-чается так, что долгое время считавшееся объективио-ре- альным оказывается в действительности ненаблюдаемым (как это случилось с флогистоном, теплородом, классиче-ским светоносным эфиром). В свою очередь, нечто, счи-тавшееся ненаблюдаемым, выполняющим лишь вспомо-гательную, логическую функцию организации теоретиче-ского знания, с развитием познания и практики может неожиданно приобрести фундаментальный статус объективно-реального, обнаруживая наблюдаемые эффекты своего существования. Здесь можно напомнить, что именно такова судьба понятия физического атома, которое Э. Мах, казалось бы, вопреки всякому здравому смыслу считал понятием ненаблюдаемым, хотя и допускал его использование в физике в качестве методологического средства.

Возможно, этот последний пример покажется и не очень типичным, поскольку маховская концепция ненаб-людаемого атома как вспомогательного интеллектуального средства познания просуществовала очень недолго: атом был экспериментально исследован уже при жизни Маха. Однако история физики дает и другие примеры на этот счет. Один из них представляется весьма важным и с точки зрения перспектив развития современной физики, и для понимания эвристических возможностей принципа наблюдаемости в его более или менее конкретной форму-лировке. О нем и пойдет теперь речь.

Современная трактовка принципа наблюдаемости. Из-вестно, что классическая электродинамическая теория Максвелла ввела понятие электромагнитных потенциа-лов, послужившее для определения понятий напряженно- стей электрического и магнитного полей. Напряженности поля давно уже считаются его объективно-реальными свойствами, но электромагнитные потенциалы до середины нашего века рассматривались как идеальные, вспомо-гательные конструкции. И по сути дела, если бы к элект-ромагнитным потенциалам попытались вдруг применить принцип наблюдаемости в качестве критерия их реальности, то, имея в виду, что им не отвечает никакая реальность, понятие о них пришлось бы выбросить из теории как некий «хлам» (если воспользоваться термино-логией М. А. Маркова). Но этого не случилось. Более того, не так уж давно благодаря развитию квантовой физики выяснилось, что электромагнитные потенциалы вполне реальны и ведут к наблюдаемым следствиям. В 1956 г. американские физики Ааронов и Бом предло-жили следующую схему опыта по дифракции электронов на экране с двумя щелями. Если сразу за этими щелями и между ними поместить миниатюрный соленоид и подключить к нему электрический ток, то, предсказали они, несмотря на отсутствие магнитного поля вне соленоида, в области, где движутся электроны, проследовавшие через щели, волновая функция электронов испытает действие векторного потенциала и произойдет сдвиг интерферен-ционной картины, возникающей из-за дифракции. Этот предсказанный Аароновым и Бомом эффект был подтвержден в реальном эксперименте. Таким образом, вы-яснилось, что электромагнитные потенциалы вполне реальны, ибо имеют экспериментально фиксируемые эффекты. Это, впрочем, и неудивительно, ибо в квантовой электродинамике в качестве фундаментальных, исходных понятий в теоретическое построение с самого начала во-шли именно эти потенциалы, а вовсе не напряженности электрического и магнитного полей. Удивительно лишь то, что реальность и наблюдаемость потенциалов были выявлены уя^е после создания самой электродинамики.

65

3 А. И. Панченко

История эта имеет логическое продолжение, влекущее за собой важные методологические обобщения. Известно—и уже из классической теории,— что электромаг-нитные потенциалы можно подвергнуть градиентному, или, как его теперь называют все чаще, калибровочному, преобразованию. Калибровка потенциалов оказывается необходимой* для упрощения записи уравнений поля, скажем, путем использования условия Лоренца, эквива-лентного утверждению о поперечной поляризации электромагнитного излучения. Калибровочные преобразо-вания обладают рядом замечательных свойств9. Они связаны с нулевой массой фотона, с сохранением элект-рического заряда, но главное — они не приводят к каким-либо наблюдаемым последствиям. Иными словами, они сохраняют наблюдаемые свойства подвергнутых их действию физических величин: то, что проявляется в наблюдениях, остается инвариантным при калибровочных преобразованиях. Наблюдаемые в квантовой (да и в классической) электродинамике эффекты и величины инвариантны относительно калибровочных преобразо-ваний, производимых в теории. Отсюда следует важное обобщение: физически реальные величины должны под-чиняться законам, инвариантным относительно калибро-вочных преобразований; реальность и инвариантность оказываются взаимосвязанными понятиями. Тогда суть конкретизированного указанным образом принципа наб- людаемости в физике полей состоит в утверждении, что теории полей должны быть калибровочио-инвариантными.

Требование инвариантности относительно калибровоч-ных преобразований приводит к необходимости существо-вания векторных калибровочных полей, обмен квантами которых обусловливает взаимодействие частиц. Примерами калибровочных полей являются: в электродинамике — электромагнитное поле, в теории слабого взаимодейст-вия — поле тяжелых векторных бозонов, в квантовой хромодииамике — поле глюонов, переносящих взаимодей-ствия между кварками. Новейшие теории слабого, сильного и объединенных взаимодействий с самого начала строятся по образцу электродинамики. Одним из основных методологических требований, предъявляемых к проце-дурам их построения, является требование калибровочной инвариантности, или, иными словами, конкретизированное требование принципа наблюдаемости.

По-видимому, калибровочная инвариантность не яв-ляется единственной или достаточной конкретизацией принципа наблюдаемости в физике. Имеет смысл выявлять и анализировать и иные его конкретизации — хотя бы уже потому, что не все физические теории являются калибровочно-инвариаитными, а те из них, которые являются таковыми, требуют дополнения новыми принципами, скажем принципом спонтанного нарушения симметрии. Однако изложенное выше подкрепляет уверенность в эвристических возможностях принципа наблюдаемости, когда он используется в качестве средства построения новой физической теории.

Данный принцип может быть использован также для интерпретации фундаментальных физических понятий, отбора методологически предпочтительных интерпрета-ций или дая^е предпочтительных вариантов среди конку-рирующих теорий. Обратимся в этой связи к проблеме интерпретации редукции волновой функции. Реальна эта редукция или нет?

В истории квантовой механики было предлоя^ено множество различных интерпретаций редукции волновой функции, сопровождающей измерительный процесс, в котором осуществляется актуализация потенциальных свойств квантовых объектов, их переход из возможности в действительность. Редукция связывалась и с «неконт-ролируемым» воздействием макроирибора па микрообъ-ект, и с изменением информации наблюдателя, и с термо-динамической неустойчивостью, изгонялась прочь в кон- цепций целостности «квантового явления» и т. д. и т. п. Видный современный американский физик 10. Вигнер, обсуждая процесс редукции волновой функции при квантовомеханических измерениях, высказал мнение, будто за этот процесс ответственно взаимодействие сознания наблюдателя с прибором; редукция происходит в сознании наблюдателя, и этот процесс не описывается со-временными физическими теориями, поскольку среди их исходных понятий нет понятия «наблюдение», отражаю-щего взаимодействие материи и сознания. Однако, считает Вигнер, будущая радикальная модификация физики, прежде всего квантовой, моя^ет привести к тому, что предметом ее исследования и описания окажутся уже не только явления неживой природы, но и живые системы и свойства последних, в том числе и психические, т. е. физика будет описывать уже не только собственно (или традиционно) физическое, но и то, что до сих пор служило предметом психологии и даже эпистемологии (теории познания), т. е. отношение субъекта и объекта познания.

Вигнеровская интерпретация редукции волновой функции и измерительного процесса, да и будущего квантовой физики в целом, могла бы быть отвергнута уже по философским соображениям, ибо она носит явный дуа-листический характер, т. е. признает существование материи и сознания как двух самостоятельных субстанций. Но она не может быть принята еще и потому, что про-тиворечит принципу наблюдаемости в его центральном требовании связи сущности и явления. К тому же сле-дует особо указать на то, что эта интерпретация была подвергнута экспериментальному испытанию и не нашла подтверждений.

Реальность и наблюдаемость кварков. В заключение рассмотрим активно обсуждаемый сейчас вопрос о реальности и наблюдаемости кварков — субэлементарных частиц, из которых, как это предполагает современная физическая мысль, «построены» адроны, т. е. то, что не так уж давно считалось элементарными частицами (протоны, нейтроны и т. д.). То, что кварки существуют в сознании физиков как вполне определенные теоретико-фит зические объекты, конечно, еще не означает автоматиче-ски ни их наблюдаемости, ни их объективной реальности* Кварки не удалось пока обнаружить в экспериментах в качестве индивидуализированных объектов. Более того, существуют достаточно веские основания для того, чтобы предполагать, что они вообще не могут наблюдаться как

3* 67 таковые, т. е. в изолированном состоянии. В этой связи, например, современный английский исследователь М- Редхид заключает, что физика высоких энергий раз-рушает традиционную физическую методологию, основывающуюся еще со времен Г. Галилея на возможности изолированного рассмотрения и изучения объектов и их свойств в физическом эксперименте.

Но можно ли кваркам придавать некий «экзистен-циальный» статус (т. е. статус существования) в качестве объектов физической реальности?

Вопрос о реальности кварков (подобно вопросу о реальности любых изолированных прообразов теоретических конструкций) должен решаться положительно или отрицательно в зависимости от того, как обстоит дело с проявлениями ими специфических для них материальных свойств. Что касается квантовохронодинамической теории в целом, одним из центральных объектов которой являются кварки, то здесь с кварками все в порядке. Эта теория и объясняет известные свойства адронов, и пред-сказывает новые частицы и их состояния, опираясь на кварковую их модель. Что же касается самих кварков как таковых, выступающих в роли независимых объектов вне теории, то пока их не удается выделить как са-мостоятельный материальный предмет экспериментального исследования. Может быть, тогда следует просто отказаться от поисков именно такой их реальности? Либо, возможно, следует пересмотреть то понимание реальности, которое жестко связано с экспериментальной индивидуализацией объекта? Если все же эксперимент (пусть будущий) способен создавать условия для проявления свойств индивидуализированных объектов, то в таком случае надо учесть, что кваркам приписываются определенные специфические физические свойства, отличающие их от других индивидуализированных объектов физики и которые следует попытаться выявить на опыте. Таким специфиче-ским свойством кварков является дробность их элект-рических зарядов. Измеримость этого свойства была бы решающим подтверждением объективной реальности кварков. Но пока физики считают кварковую конструк-цию адронов (в реальности которых нет сомнения) лишь теоретической моделью.

Но все же если мы учтем, что объективная реальность и физическая реальность — это не одно и то я^е, то мы можем не сомневаться в реальности кварков. Хотя кварки и ненаблюдаемы непосредственно как индивидуа- лизированные объекты, они являются объектами, реальными физически. Кто знает, может быть, их будущее подобно настоящему электромагнитных потенциалов, которые превратились сегодня из просто теоретических конструкций в понятия, имеющие объективно-реальные прообразы.

Итак, концепция реальности (и наблюдаемости) претерпела в ходе развития физики известную эволюцию. Во времена Ныотона, когда теоретическая физика делала еще только первые свои шаги, только начинала становиться на собственные ноги, когда физические теории еще не были столь развитыми, как в наши дни, вопрос о реальности объектов теории зачастую решался в духе противопоставления теории и опыта, субъекта и объекта, сознания и материи. Иногда это было простое постулирование реальности очевидных для ума истин, а иногда — убеждение, что любые теоретические (и гипотетические) сущности суть химеры и иллюзии. Беркли, например, считал дифференциальное исчисление, изобретенное Ньютоном (и независимо от него Лейбницем), «химерой», «происками дьявола», а Ньютон был убежден в реальности абсолютных пространства и времени в силу их очевидности. Эмпирик Беркли не был ученым-естествоиспытателем, и потому его позицию здесь можно не брать в расчет. Но что касается подхода к пространству и времени у Ньютону, то он не удовлетворял уже его современника, философа Лейбница, а позже — через два века — подвергся и критике физиков — как эмпирика Э. Маха, так и рационалиста А. Эйнштейна. Эйнштейн, пересмотрев сложившиеся в физике после Ныотона пространственно-временные представления, предложил новое решение проблемы реальности теоретических конструкций физи-ки. Оно было тесно связано с мысленным экспериментом, теоретическим моделированием сущности явлений. Вместе с тем в современной физике было отвергнуто и отождествление реального с наблюдаемым. В ходе развития квантовой физики концепция наблюдаемости подверглась дальнейшему совершенствованию. С одной стороны, здесь пришлось отказаться от, казалось бы, самоочевидных представлений об абсолютности пространственно-вре-менных и импульсно-энергетических характеристик объектов физической реальности, с другой стороны, на статус объектов физической реальности стали претендовать «диковинные», «сумасшедшие» сущности вроде «потенциальных возможностей», виртуальных частиц, кварков. Несмотря на радикальную новизну современных фи-зических представлений, растущую их абстрактность и теоретичность, концепция реальности объектов физики не размывалась вслед за ростом этой абстрактности, но подвергалась строгому анализу и совершенствованию. Отказ от самоочевидности, традиционной наглядности и чувственной определенности как непременных гносеологических характеристик физически реального не подорвал концепцию реального в самой ее основе, но, напротив, поставил ее на более твердую почву. Сегодня заключения о реальности объектов теории выносятся с учетом требований связи теории и опыта, объективного и субъективного, материального и идеального. Тенденция теоретиза- ции физического знания и тенденция совершенствования критериев реальности не противоречат, а идут навстречу друг другу, в чем, в частности, состоит один из моментов диалектического по своей природе развития физики.

Итак, как мы попытались здесь показать, сама реальность объектов физики сегодня не связывается исключительно либо с их интуитивной самоочевидностью, либо с непосредственной чувственной определенностью, либо с привычной наглядностью их мысленного, образного вос-произведения. Все это, конечно, имеет значение, но ре-альность в физике многослойна и неоднородна. Есть реальность непосредственно наблюдаемого, есть реаль-ность ненаблюдаемых объектов и есть реальность, связы-вающая эти две сферы. Есть реальность объектов экспе-римента, но есть и реальность мысленных, теоретических конструкций. Однако все эти сферы не существуют по отдельности, независимо друг от друга. Так, ненаблюдаемые конструкции объектов и процессов могут считаться физически реальными, если они в своих следствиях в конечном счете приводят к чувственно воспринимаемым эффектам, что проверяется, естественно, на практике. Но при этом нужно учитывать, что в силу неоднородности физической реальности, системности теоретического знания и опосредовапности его связей с опытом не от всех объектов теории и не от всех уровней физической реальности можно требовать их непосредственной или даже опосредованной наблюдаемости. В структуре физической реальности всегда встречаются идеальные элементы, которые либо необходимы для удовлетворения внутренних потребностей логической организации теории, либо еще ждут своего превращения в элементы материальные, либо в конечном счете могут быть отвергнуты.