е  случаев.  Однако  Шредингер не  может  этим  устранить  из мира
элемент  прерывности,  который  в  атомной  физике  обнаруживается  повсюду,
например  очень  наглядно   --   на   сцинтилляционном  экране.   В  обычной
интерпретации  квантовой  теории  этот  элемент  содержится  в  переходе  от
возможного   к   действительному.   Сам   Шредингер   не   делает    никаких
контрпредложений относительно  того,  как  он  представляет себе,  например,
введение всюду  наблюдаемого  элемента прерывности иначе, чем это делается в
обычной интерпретации.
     Наконец, критика, которая  содержится в  различных  работах  Эйнштейна,
Лауэ   и  других,   сосредоточивается  вокруг   вопроса   о  том,   дает  ли
копенгагенская интерпретация возможность однозначного, объективного описания
физических фактов. Ее наиболее важные аргументы могут быть выражены примерно
в  следующей  форме.  Математическая  схема квантовой теории кажется  вполне
достаточным   описанием  статистики  атомных  явлений.  Но,  даже   если  ее
утверждения относительно вероятностей  атомных  процессов вполне  правильны,
эта интерпретация все-таки не дает никакого описания того, что происходит на
самом  деле,  независимо   от  наблюдений  или  между  нашими  наблюдениями.
Что-нибудь  должно  ведь,  однако,  происходить   --  в  этом  мы  можем  не
сомневаться.  Это  "что-нибудь"  может  быть,  и  нельзя  описать  с помощью
-понятий электрона,  или волны, или  светового кванта, но, поскольку  оно не
описывается  каким-либо  образом, задача  физики  еще  не выполнена.  Нельзя
допустить,  что квантовая физика относится только к  акту  наблюдения. Физик
должен предполагать  в своей науке, что он изучает мир, который создал не он
сам  и который существовал бы также и без него и в основном  точно таким же.
Поэтому  копенгагенская   интерпретация  не  дает  никакого  действительного
понимания атомных процессов.
     Легко  видеть,  что  эта  критика  требует  просто  возврата  к  старой
материалистической онтологии. Что  же можно ответить на эту  критику с точки
зрения копенгагенской интерпретации?
     Можно  сказать, что физика является  частью  естествознания  и  в  этом
качестве должна стремиться к описанию и  пониманию природы. Однако понимание
любого рода, будь оно научным или нет, зависит от нашего языка, от того, что
мы  можем  передавать  наши мысли.  Всякое  описание  явлений,  опытов и  их
результатов
     также  основывается на языке как  на единственном  средстве  понимания.
Слова  этого языка выражают понятия  повседневной  жизни, которые в  научном
языке физики могут быть уточнены до понятий классической физики. Эти понятия
представляют  собой  единственное средство однозначной передачи  сообщений о
процессах, расположении приборов в  опытах  и их результатах.  Поэтому когда
физика-атомника  просят  дать  описание того,  что реально происходит в  его
опытах, то слова  "описание", "реальность" и  "происходит" могут  относиться
только к  понятиям повседневной жизни  или  классической физики.  Как только
физик  попытался  бы отказаться  от  этой базы, он  потерял  бы  возможность
однозначно объясняться и не смог  бы  развивать  свою науку  далее.  Поэтому
всякое  высказывание  о  том, что  на самом деле происходит  или  произошло,
является высказыванием, использующим  понятия  классической физики.  Оно  по
самой  своей  природе   вследствие   законов   термодинамики  и  соотношения
неопределенностей оказывается  неполным  в  отношении  тех  деталей  атомных
процессов,  о  которых  в данном случае идет речь. Требование,  что  следует
описывать и то, что в квантово-механическом процессе происходит в промежутке
между двумя следующими друг за другом наблюдениями, является contradictio in
adjecto,  так как  слово  "описывать" имеет  отношение только  к  применению
классических  понятий, тогда  как  эти  понятия  не могут  быть  применены в
промежутках между  двумя наблюдениями. Они могут применяться только в момент
наблюдения.
     Необходимо   также   подчеркнуть,   что   копенгагенская  интерпретация
квантовой теории никоим образом не является позитивистской. В  то  время как
позитивизм исходит из чувственных восприятий элементов бытия, копенгагенская
интерпретация  рассматривает описываемые в классических  понятиях объекты  и
процессы,  то  есть  фактическое,  в  качестве  основы  всякого  физического
объяснения.  Вместе  с  тем  признается  также, что  статистичность  природы
законов  микрофизики  устранена  быть   не  может,  так  как  всякое  знание
"фактического" в силу квантово-механических законов природы является знанием
неполным.
     Онтология материализма основывалась на иллюзии, что  в  атомную область
можно   экстраполировать   способ   существования,  непосредственно   данное
окружающего нас мира. Но эта экстраполяция невозможна.
     Можно было бы добавить еще  некоторые замечания относительно формальной
структуры  контрпредложений в отношении  копенгагенской  интерпретации.  Все
выдвинутые   до   сих  пор   контрпредложения  в  отношении   копенгагенской
интерпретации  заставляют  жертвовать  существенными  свойствами   симметрии
квантовой  теории.  Поэтому вполне  можно  предположить, что  копенгагенская
интерпретация является  необходимой, если  эти  свойства  симметрии, подобно
свойству  инвариантности  относительно   преобразований   Лоренца,   считать
существенными  свойствами природы.  В пользу этого говорят и все проведенные
до сих пор эксперименты.



IX. КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ И СТРОЕНИЕ МАТЕРИИ

     Понятие   "материи"   на  протяжении  истории  человеческого   мышления
неоднократно  претерпевало  изменения. В различных  философских системах его
интерпретировали по-разному. Когда мы употребляем  слово "материя",  то надо
иметь в виду, что различные значения, которые придавались понятию "материя",
пока еще в большей или меньшей степени сохранились в современной науке.
     Ранняя  греческая  философия  от Фалеса до атомистов,  искавшая  единое
начало  в   бесконечном  изменении   всех   вещей,  сформулировала   понятие
космической материи, мировой  субстанции, претерпевающей все  эти изменения,
из которой все единичные вещи возникают и в которую они в конце концов снова
превращаются.   Эта   материя   частично  идентифицировалась   с   некоторым
определенным  веществом -- водой, воздухом  или огнем,  -- частично же ей не
приписывали  никаких других  качеств, кроме качеств материала,  из  которого
сделаны все предметы.
     Позднее понятие материи играло важную роль в философии Аристотеля  -- в
его идеях о связи формы и материи, формы и вещества. Все, что мы наблюдаем в
мире   явлений,    представляет   собой   оформленную   материю.    Материя,
следовательно,  является реальностью не сама по себе, но  представляет собой
только возможность,  "потенцию", она существует  лишь  благодаря форме 13. В
явлениях  природы  "бытие",  как  называет  его   Аристотель,  переходит  из
возможности в  действительность, в  актуально свершившееся, благодаря форме.
Материя у Аристотеля представляет собой не какое-либо определенное вещество,
как,   например,  воду  или  воздух,   не  является   она  также  и   чистым
пространством; она  оказывается в известной  степени неопределенным телесным
субстратом, который содержит в  себе возможность перейти благодаря  форме  в
актуально  свершившееся,  в  действительность. В качестве  типичного примера
этого соотношения между материей и формой в философии Аристотеля  приводится
биологическое развитие, в котором материя преобразуется в живые организмы, а
также  создание  человеком  произведения   искусства.  Статуя   потенциально
содержится в мраморе уже до того, как ее высекает скульптор.
     Только значительно  позднее,  начиная с  философии Декарта, материю как
нечто  первичное стали противопоставлять духу.  Имеются два дополняющих друг
друга аспекта мира, материя и дух, или, как
     выражался  Декарт,  "res  extensa" и "res  cogitans".  Поскольку  новые
методологические  принципы   естествознания,  особенно  механики,  исключали
сведение  телесных  явлений  к  духовным   силам,  то   материя  могла  быть
рассматриваема  только  как  особая реальность, независимая от человеческого
духа   и  от  каких-либо  сверхъестественных  сил.  Материя  в  этот  период
представляется  уже   сформировавшейся  материей,   и  процесс  формирования
объясняется причинной цепью механических взаимодействий. Материя уже утеряла
связь  с "растительной  душой" аристотелевской философии, и  поэтому дуализм
между  материей  и  формой  в  это  время уже  не  играет никакой роли.  Это
представление о материи внесло, пожалуй, наибольший вклад в  то, что мы ныне
понимаем под словом "материя".
     Наконец,  в  естествознании  XIX  столетия  важную  роль  играл  другой
дуализм, а  именно дуализм между материей и  силой, или, как тогда говорили,
между силой и  веществом.  На материю могут воздействовать силы,  и  материя
может вызывать появление сил. Материя, например, порождает силу тяготения, и
эта  сила  в  свою очередь воздействует  на нее. Сила  и вещество  являются,
следовательно, двумя  ясно различимыми аспектами физического мира. Поскольку
силы  являются также формирующими силами, это различие снова приближается  к
аристотелевскому  различению  материи и формы. С  другой  стороны, именно  в
связи с новейшим развитием современной физики, это  различие силы и вещества
полностью исчезает, так  как  всякое силовое поле содержит  энергию и в этом
отношении  представляет  собой  также  часть  материи. Каждому силовому полю
соответствует определенный  вид элементарных частиц.  Частицы и силовые поля
-- только две различные формы проявления одной и той же реальности.
     Когда естествознание изучает проблему материи, ему следует прежде всего
исследовать формы материи.  Бесконечное  многообразие  и  изменчивость  форм
материи  должны стать непосредственным  объектом исследования; усилия должны
быть  направлены на то, чтобы найти законы природы, единые принципы, которые
могли бы служить  направляющей нитью  в  этом бесконечном поле исследований.
Поэтому точное естествознание и особенно физика уже давно концентрируют свои
интересы на анализе строения материи и сил, которые это строение определяют.
     Со   времени   Галилея   основным   методом   естествознания   является
эксперимент.  Этот метод сделал  возможным  перейти  от  общих  исследований
природы  к специфическим исследованиям, выделить характеристические процессы
в природе, на  основе которых ее законы можно изучать более непосредственно,
чем в общих  исследованиях. То есть при изучении строения материи необходимо
произвести над ней эксперименты.  Необходимо поставить  материю в  необычные
условия,  чтобы  изучить  ее  превращения  в  этих обстоятельствах,  надеясь
познать  тем  самым  определенные  фундаментальные  черты  материи,  которые
сохраняются при всех ее видимых изменениях.
     Со времени формирования естествознания нового времени это было одной из
важнейших целей химии, в которой довольно рано
     пришли к  понятию химического элемента. Субстанция,  которая  не  могла
быть разложена  или расщеплена далее какими угодно средствами, имевшимися  в
то  время  в  распоряжении  химиков:  кипячением,  сжиганием,  растворением,
смешиванием с  другими веществами, была  названа "элементом". Введение этого
понятия  было  первым  и  исключительно важным  шагом в  понимании  строения
материи. Многообразие имеющихся в природе веществ  было тем самым сведено по
крайней мере к сравнительно малому числу более простых веществ, элементов, и
благодаря этому среди различных явлений химии  был  установлен  определенный
порядок. Слово "атом" поэтому и было применено к мельчайшей единице материи,
которая  входит в  состав химического  элемента,  и самая  маленькая частица
химического  соединения могла быть  наглядно  представлена в виде  маленькой
группы  различных  атомов.  Мельчайшей  частицей  элемента железа  оказался,
например,  атом железа,  и  наименьшая частица воды, так называемая молекула
воды, оказалась состоящей из атома кислорода и двух атомов водорода.
     Следующим и почти столь же важным шагом было  открытие сохранения массы
в  химических процессах. Если,  например, сжигается элемент углерода  и  при
этом  образуется  двуокись углерода, то масса двуокиси углерода равна  сумме
масс углерода и кислорода до того, как процесс начался. Это открытие придало
понятию материи прежде всего количественный смысл.  Независимо от химических
свойств материя могла быть измерена ее массой.
     В течение  следующего периода, главным образом  в  XIX  столетии,  было
открыто большое число новых  химических  элементов.  В наше  время  их число
перешагнуло за 100. Это  число, однако,  совершенно  ясно говорит о том, что
понятие  химического элемента еще  не привело нас к  тому пункту,  исходя из
которого  можно было  бы понять единство  материи.  Предположение о том, что
существует  очень много качественно  различных видов материи, между которыми
нет никаких внутренних связей, не было удовлетворительным.
     К началу XIX столетия были  уже найдены свидетельства в пользу  наличия
взаимосвязи  между  различными  химическими  элементами.  Эти  свидетельства
заключались  в  том  факте,  что  атомные  веса  многих  элементов  казались
целочисленно кратными  некоторой  наименьшей единице, которая приблизительно
соответствует  атомному весу водорода. Подобие химических  свойств некоторых
элементов также говорило  в пользу существования этой взаимосвязи. Но только
благодаря применению  сил,  которые во много  раз  сильнее, чем те,  которые
действуют в химических процессах, можно было действительно установить  связь
между различными элементами и подойти ближе к пониманию единства материи.
     Внимание физиков  было  привлечено  к  этим силам в  связи с  открытием
радиоактивного  распада,  осуществленного   Беккерелем   в  1896   году.   В
последовавших  затем исследованиях  Кюри,  Резерфорда и  других  превращение
элементов в радиоактивных  процессах было  показано  со  всей  очевидностью.
Альфа-частицы
     испускались в этих процессах в виде обломков атомов с энергией, которая
приблизительно  в  миллион  раз  больше,  чем  энергия  единичной  частицы в
химическом  процессе.  Следовательно,   эти   частицы   могли   быть  теперь
использованы  в качестве нового  инструмента  для  исследования  внутреннего
строения атома. Ядерная модель атома,  предложенная Резерфордом в 1911 году,
явилась  результатом  экспериментов  по  рассеянию  альфа-частиц.  Важнейшей
чертой  этой  известной  модели  было разделение  атома  на  две  совершенно
различные  части  --  атомное  ядро  и окружающие атомное  ядро  электронные
оболочки. Атомное  ядро  занимает в центре  только  исключительно малую долю
всего  пространства, которое занято  атомом, -- радиус ядра приблизительно в
сто тысяч раз меньше радиуса всего атома; но оно все-таки содержит почти всю
массу атома. Его положительный электрический заряд,  являющийся целочисленно
кратным  так  называемому  элементарному  заряду,  определяет   общее  число
окружающих  ядро  электронов,  ибо атом  как  целое должен быть электрически
нейтрален; он определяет тем самым и форму электронных траекторий.
     Это различие  между атомным ядром  и электронной оболочкой  сразу  дало
согласованное объяснение тому факту, что в  химии именно химические элементы
являются последними единицами материи и что для превращения элементов друг в
друга  необходимы  очень  большие  силы.  Химические связи  между  соседними
атомами   объясняются   взаимодействием   электронных  оболочек,  и  энергии
взаимодействия при этом сравнительно  малы. Электрон, ускоренный в разрядной
трубке потенциалом  всего в  несколько вольт, обладает достаточной энергией,
чтобы  "разрыхлить"  электронные  оболочки  и  вызвать испускание света  или
разрушить химическую связь в молекуле. Но химическое поведение атома, хотя в
основе   его  и   лежит   поведение   электронных   оболочек,   определяется
электрическим   зарядом  атомного  ядра.   Если  хотят  изменить  химические
свойства, нужно изменить само атомное  ядро, а это требует  энергий, которые
примерно  в миллион раз больше,  чем те, которые имеют  место при химических
процессах.
     Но  ядерная  модель  атома,  рассматриваемого  как система,  в  которой
выполняются законы ньютоновской  механики, не  может  объяснить стабильность
атома. Как было установлено в одной  из предыдущих глав, только применение к
этой  модели квантовой теории может объяснить тот факт, что,  например, атом
углерода, после того как он взаимодействовал  с другими атомами или  излучил
квант света, по-прежнему остается в конечном счете атомом углерода, с той же
самой  электронной оболочкой,  какую  он имел ранее. Эту  стабильность можно
просто объяснить на основе тех самых  черт  квантовой теории, которые делают
возможным объективное описание атома в пространстве и во времени.
     Этим  путем было, следовательно, создано  первоначальное  основание для
понимания  строения материи. Химические и другие свойства атомов можно  было
объяснить,  применяя к электронным оболочкам математическую  схему квантовой
теории. Исходя из этого осно-
     вания,  далее можно было пытаться вести  анализ строения материи в двух
различных  направлениях. Можно  было или изучать взаимодействие  атомов,  их
отношение к  более крупным единицам,  таким, как молекулы или  кристаллы или
биологические объекты, или же  можно было пытаться,  исследуя атомное ядро и
его  составные  части,  продвинуться  до  того  пункта,  в  котором стало бы
понятным единство материи.  Физические исследования форсированно развивались
в прошедшие десятилетия  в обоих направлениях. Последующее изложение и будет
посвящено выяснению роли квантовой теории в обеих этих областях.
     Силы между соседними атомами  являются  в первую очередь электрическими
силами -- речь  идет о притяжении  противоположных зарядов и об отталкивании
между одноименными;  электроны притягиваются  атомным ядром  и отталкиваются
другими электронами. Но эти силы действуют  здесь не по законам ньютоновской
механики, а по законам квантовой механики.
     Это  ведет к двум различным типам связи между  атомами. При одном  типе
связи электрон одного атома переходит к другому атому, -- например для того,
чтобы  заполнить еще  не совсем заполненную  электронную  оболочку.  В  этом
случае  оба  атома оказываются в  конечном счете электрически  заряженными и
получают   название   "ионов";  поскольку   их   заряды   в   таком   случае
противоположны, они  взаимно притягиваются.  Химик говорит в  этом случае  о
"полярной связи".
     При втором типе связи электрон определенным образом, характерным только
для  квантовой теории,  принадлежит обоим  атомам. Если использовать картину
электронных орбит, то  можно приблизительно сказать, что электрон обращается
вокруг  обоих атомных ядер и значительную долю времени проводит как в одном,
так  и в  другом  атоме. Этот второй тип связи соответствует тому, что химик
называет "валентной связью".
     Эти  два  типа  связи,  которые  могут  существовать  во   всевозможных
комбинациях, вызывают в  конечном  счете образование различных совокупностей
атомов  и оказываются  в конце концов  определяющими  все сложные структуры,
которые изучаются физикой и  химией. Итак,  химические соединения образуются
благодаря тому, что из атомов  различного рода возникают небольшие замкнутые
группы, и каждая группа может быть названа молекулой химического соединения.
При образовании кристаллов атомы располагаются в виде упорядоченных решеток.
Металлы образуются тогда, когда  атомы расположены так плотно,  что  внешние
электроны  покидают  свои  оболочки и  могут  проходить  сквозь  весь  кусок
металла. Магнетизм некоторых веществ, особенно некоторых металлов, возникает
вследствие вращательного дви