В. А. Фок

Академик В. А. Фок уже упоминался при обсуждении взглядов Блохинцева. Темой этого раздела будет специальное обсуждение фоковской интерпретации квантовой механики.

Фок, физик-теоретик из Ленинградского университета, был избран действительным членом Академии наук СССР в 1939 г., удостоился Сталинской премии в 1946 г. и Ленинской премии в 1960 г. Он работал над проблемами математической физики и особенно теории относительности и квантовой механики. Он также интересовался философскими выводами современной физики и много писал на эту тему, вплоть до своей смерти в 1974 г. Как его естественнонаучные, так и философские работы привлекали внимание за рубежом.

На протяжении многих дискуссий Фока отличало сильное чувство независимости, он неоднократно защищал себя от советских и зарубежных критиков. В квантовой механике Фок может быть с полным основанием назван последователем копенгагенской интерпретации Бора, если говорить о минимуме, а не о максимуме претензий копенгагенской интерпретации (это "смысловое ядро" копенгагенской интерпретации однажды описывалось Н. Р. Хансеном как "много меньшая и более неуязвимая для стрельбы цель, чем безапелляционные высказывания меланхоличного датчанина")¹.

¹ (Hanson N. R. Five Coutions for the Copenhagen Interpretation's Critics // Philosophy of Science. 1959. V. 26. P. 327.)

Фок принял участие в философской дискуссии по квантовой механике, так как верил, что можно принять научный подход Бора, не принимая его философских заключений. Он решил освободить формулировки Бора от "позитивистского налета"¹.

¹ (См.: Фок В. А. Нильс Бор в моей жизни // Наука и человечество. 1963. М., 1963. С. 518-519.)

Наиболее точным определением позиции Фока было бы следующее: хотя в ней и были несколько временных колебаний, его воззрения подверглись тем же сдвигам, что и воззрения Бора. В нескольких случаях эти сдвиги, все в сторону меньшего акцента на роль измерения и большего упора на реалистический взгляд, имели место сначала у Фока, а уже потом у Бора. Возможно, что Фок мог оказывать влияние на Бора. Оба естествоиспытателя знали работы друг друга, а в феврале и марте 1957 г. они провели несколько бесед о философском значении квантовой механики. Обсуждения проходили в Копенгагене, как у Бора дома, так и в его Институте теоретической физики. Позже Фок следующим образом комментировал эти беседы: "Бор с самого начала сказал, что он не позитивист и старается просто рассматривать природу такой, какова она есть. Я указал на то, что некоторые его формулировки дают повод к толкованию его высказываний в позитивистском смысле, которого он, по-видимому, вовсе не хотел им придать... Наши точки зрения постоянно сближались; в частности, выяснилось, что Бор полностью признает объективность атомов и их свойств, признает, что следует отказаться только от детерминизма лапласовского типа, но не от причинности вообще, что термин "неконтролируемое взаимодействие" неудачен, а что на самом деле все физические процессы контролируемы"¹.

¹ (См.: Фок В. А. Нильс Бор в моей жизни // Наука и человечество. 1963. М., 1963. С. 519.)

Именно после этого обмена мнениями Фок заметил: "...после исправления Бором его формулировок, мне кажется, во всем основном с ним можно согласиться"¹. До этого Фок определенное время критически относился к невнимательности Бора к философским вопросам.

¹ (Фок В. А. Об интерпретации квантовой механики // Философские проблемы современного естествознания. М., 1959. С. 235. В 1965 г. Фок так писал о своем одобрительном, но тем не менее критическом подходе к интерпретации Бора: Le merite d'une nouvelle position du probleme de la description des phenomenes a l'echelle atomique appartient a Niels Bohr; le point de vue adopte dans le present article est le resultat de nos recherches et meditations ayant pour but d'apporofondir, de preciser - et si necessaire de critiquer et de corriger - les idees de Bohr (Fock V. A. La physique quantique et les idealisations classiques // Dialectica. 1965. N 3-4. P. 223).)

В 30-х годах, однако, когда Бор был еще более непосредствен в своих заявлениях, Фок был одним из лидеров копенгагенского направления в СССР и последовательно защищал свои взгляды в журналах. Фок был солидарен с позицией Бора в споре последнего с Эйнштейном по поводу полноты квантовой теории. Во время войны и некоторое время после нее Фок несколько изменил терминологию своей защиты копенгагенских представлений, но не изменял своих позиций. Действительно, одним из ярких аспектов жизненного пути Фока, да и всей истории советской философии естествознания, было то, что ему удалось отстаивать понятие дополнительности в течение долгого времени, когда это понятие было даже официально осуждено в философских журналах. В это время Фок занимал необычную позицию: его взгляд на квантовую механику не был принят, однако его интерпретация теории относительности получала все большее признание. Ничто не могло бы лучше продемонстрировать всю тонкость советских дискуссий по философии естествознания - тонкость большую, нежели желает признать большинство зарубежных обозревателей,- чем взгляды Фока, одновременно и находившиеся под запретом и получавшие одобрение. После 1958 г. фоковская интерпретация квантовой механики получила гораздо большее признание и была в конце концов воспринята философом Омельяновским, который до этого поддерживал платформу Блохинцева. Ирония заключалась в том, что в это же время фоковская интерпретация теории относительности, хотя и сохраняла свое влияние, все более критиковалась, например М. Ф. Широковым¹. Даже если все эти изменения кажутся непонятными, мы можем обнаружить некую последовательность в том, что оба эти поздних изменения (в сторону от Фока в релятивизме и к Фоку в квантовой механике) продвинули советскую науку ближе к господствующим зарубежным интерпретациям, которые и сами подвергались определенным изменениям.

¹ (См., напр.: Широков М. Ф. Философские вопросы теории относительности // Диалектический материализм и современное естествознание. М., 1964. С. 58-80.)

Основным в усилиях Фока по интерпретации квантовой механики было утверждение того факта, что копенгагенская интерпретация, включающая принцип дополнительности, не противоречит диалектическому материализму. Еще в 1938 г. он заявлял, что "тезис о противоречии между квантовой механикой и материализмом есть тезис идеалистический". Боровский принцип дополнительности для Фока был "неотъемлемой частью квантовой механики" и "твердо установленный, объективно существующий закон природы"¹. Более тридцати лет он защищал позиции копенгагенской школы, хотя четко отмежевывался от отдельных взглядов Бора, таких, как его раннее приписывание главной роли процессу измерения. Тем не менее его интерпретация физического смысла пси-функции была такой же, как у Бора. До второй мировой войны Фок не рассматривал волновую функцию как описание состояния материи. Он отмечал, что такова была позиция Эйнштейна, который позже столкнулся с парадоксами. Фок, как и Бор, рассматривал пси-функцию как описание "сведения о состоянии"². Неудивительно, что Фок принял участие в двух очень острых спорах с Максимовым, которые разделял промежуток в пятнадцать лет. Максимов характеризовал Фока как сознательного сторонника идеалистической буржуазной копенгагенской школы, в то время как Фок писал, что Максимов прекрасно демонстрирует, как не следует вести борьбу за материализм³.

¹ (Фок В. А. К дискуссии по вопросам физики // Под знаменем марксизма. 1938. № 1. С. 159.)

² (См. с. 324 и сноску 1 на с. 620.)

³ (Фок В. А. К дискуссии по вопросам физики; Он же. Против невежественной критики современных физических теорий // Вопросы философии. 1953. № 1. С. 168- 174; Максимов А. А. О философских воззрениях акад. В. Ф. Миткевича и о путях развития советской физики // Под знаменем марксизма. 1937. № 7. С. 25-55; Он же. Борьба за материализм в современной физике // Вопросы философии. 1953. № 1. С. 175-195.)

Самым трудным для Фока периодом было время сразу после дела Маркова. Новая позиция, выдвинутая Терлецким и быстро поддержанная Омельяновским, заключалась в том, что соотношение неопределенности Гейзенберга является неотъемлемой частью квантовой механики и должно быть сохранено, но что дополнительность не следует из неопределенности.

Согласно Фоку, напротив, не было существенного различия между соотношением неопределенности Гейзенберга и дополнительностью¹. Оба являлись результатом пересечения границы между макроуровнем и микроуровнем. Вполне понятно, отмечает Фок, что если давать описание микроуровня материи в терминах, применимых к этому уровню (микроязык), то новый вид "дополнительности" возникает при попытке описать макроуровень в этом микроязыке. Эта новая дополнительность будет аналогична (но и отлична от) дополнительности существующей квантовой механики, которая основана на описании в макроязыке². В таком взгляде необходимое для диалектического материализма минимальное ядро объективной реальности в каждом физическом описании действительно становится очень расплывчатым³. За свое отождествление неопределенности и дополнительности Фок подвергся жесткой критике. В известной "Зеленой книге" 1952 г. по философским проблемам естествознания (с редколлегией во главе с ультраконсервативным Максимовым) Омельяновский писал: "К сожалению, некоторые наши ученые... не сделали до сих пор еще всех необходимых выводов из той критики, которой подвергла советская наука реакционные идеи копенгагенской школы. Например, В. А. Фок в прежних своих работах не отличал, по сути дела, соотношения неопределенностей от принципа дополнительности Бора"⁴.

¹ (Фок В. А. Основные законы физики в свете диалектического материализма // Вестник ЛГУ. 1949. № 4. С. 39; Омельяновский М. Э. Философские вопросы квантовой механики. С. 36.)

² (Фок В. А., Мигдал А. Б. Взгляды Н. С. Крылова на обоснование статистической физика // Крылов Н. М. Работы по обоснованию статистической физики. М.; Л., 1950.)

³ (Даже если гипотеза Бора должна была быть принята, существование объективной реальности не обязательно отвергалось бы, так как нет оснований тому, что эта реальность должна описываться в терминах определенных параметров, таких, как координата и импульс. Тем не менее такая интерпретация требовала бы более сложного взгляда на реальность, чем обычно.)

⁴ (Омельяновский М. Э. Диалектический материализм и так называемый принцип дополнительности Бора // Философские вопросы современной физики. М., 1952. С. 404.)

Эта критика заставила Фока изменить свою терминологию и временно приостановить свою защиту дополнительности. Если до того он рассматривал пси-функцию как описание "сведений о состоянии", то теперь он называл пси-функцию характеристикой "реального состояния" микрообъектов¹. В 1951 г. Фок указывал, что в силу расплывчатости начального значения дополнительности он вполне может от нее отказаться. "Первоначально под дополнительностью разумелось то положение, которое вытекало непосредственно из соотношения неопределенностей: дополнительность относилась к неопределенностям в координате и в количестве движения... и термин "принцип дополнительности" понимался как синоним соотношений Гейзенберга. Очень скоро, однако, Бор стал видеть в своем принципе дополнительности некий универсальный принцип... применимый не только в физике, но и в биологии, психологии, социологии и во всех науках... Однако, поскольку термин "принцип дополнительности" потерял свой первоначальный смысл... лучше всего от него отказаться"².

¹ (Фок В. А. О так называемых ансамблях в квантовой механике. С. 172.)

² (Фок В. А. Критика взглядов Бора на квантовую механику // Успехи физических наук. 1951. Т. 45. Вып. 1. С. 13.)

Одно из наиболее полных изложений фоковской интерпретации квантовой механики дается в сборнике статей по философским проблемам естествознания, опубликованном в Москве в 1959 г.¹ Написанное во время относительной свободы от идеологических ограничений, оно являет собой пример научной строгости и философской убежденности. Фок начинает дискуссию с обсуждения попыток интерпретации волновой функции согласно классическим концепциям и показывает их несостоятельность. Примерами классических интерпретаций были изначальные попытки де Бройля и Шредингера объяснить волновую функцию как распространяющееся в пространстве поле, подобно электромагнитному и другим до того неизвестным полям. Примером классической интерпретации был также более поздний взгляд де Бройля на поле как носителя частицы, осуществляющего контроль над ее движением (теория волны-пилота)². "Квантовый потенциал" Бома был тем же самым типом объяснения, так как в нем делалась попытка сохранить понятие траектории³. Таким же образом концепция Вижье о частице как точке или фокусе в поле была попыткой сохранить классические идеи в физике⁴. Фок считал, что все эти интерпретации были очень искусственными и не имели эвристической ценности; они не только не давали решения ранее неразрешимым проблемам, но их авторы даже и не пытались такие решения дать.

¹ (См.: Фок В. А. Об интерпретации квантовой механики//Философские проблемы современного естествознания. М., 1959. С. 212-236.)

² (В 1952 г., будучи более двадцати лет приверженцем копенгагенской интерпретации, де Бройль вернулся к своему раннему взгляду о том, что ее заменит теория, основанная на "инстинктивной позиции физика, позиции реализма". Broglie L. de. La Physique quantique restera-t-elle indeterministe? // Revue de Histoire des Sciences et des leurs applications. 1952. Oct.-Dec. 5(4). P. 309.)

³ (Bohm D. Causality and Chance in Modern Physics. N. Y., 1961.)

⁴ (Вижье отмечал: "Частица, таким образом, рассматривается как среднее организованное возбуждение хаотического субквантово-механического уровня материи, сходное по своему смыслу с распространением звуковой волны в хаосе движения молекул". В этой же статье Вижье отмечал, что Блохинцев предоставил ему основные идеи для его модели (Vigier J.-P. The Concept of Probability in the Frame of the Probabilistic and the Causal Interpretation of Quantum Mechanics // Observation and Interpretation in the Philosophy of Physics. N. Y., 1957. P. 75, 76).)

Фок полагал, что действительный смысл волновой функции стал проявляться в статистической интерпретации Макса Борна, особенно после того, как Нильс Бор соединил этот подход со своей собственной позицией относительно важности средств наблюдения. Фок соглашался, что этот акцент на измерительные приборы был существен для квантовой механики, но именно в этом пункте Бор допускал ошибку. "В принципе, должно быть, возможно довести описание до показаний приборов. Но излишнее подчеркивание роли прибора дает повод упрекнуть Бора в том, что он недооценивает необходимость абстракции и как бы забывает о том, что предметом изучения являются свойства микрообъекта, а не показания приборов"¹.

¹ (Фок В. А. Об интерпретации квантовой механики. С. 215.)

Бор потом еще более усложнил путаницу, по словам Фока, применением неточной терминологии, которую он был вынужден ввести, чтобы прикрыть несоответствие, возникшее с его попыткой применить классические понятия в несвойственной им области. Одним из наиболее важных случаев использования неточной терминологии является его противопоставление принципа дополнительности принципу причинности. По словам Фока, такой оппозиции не существует, если правильно определить оба понятия. Дополнительность, существующая в квантовой механике, является дополнительностью между классическим описанием и причинностью. Но это не отвергает причинность как таковую, так как классическое описание макрочастиц неизбежно неприменимо к микрочастицам. Использование классического описания (макроязыка) является не более чем неизбежным методом, так как мы не располагаем микроязыком. Понимая, что микроописание микрочастиц будет отличаться от классического описания этих же частиц, мы можем сказать, что на обоих уровнях (микро- и макро-) сохраняется принцип причинности. Однако, так как мы всегда используем макроописанне, мы должны переопределить причинность так, чтобы она удовлетворяла обоим уровням, Нашим новым подходом, считает Фок, должно стать понимание причинности как признания существования законов природы, особенно связанных с общими свойствами пространства и времени (конечная скорость действия, невозможность воздействия на прошлое). Поэтому причинные законы могут быть либо статистическими, либо детерминистскими. Действительное отсутствие причинности в природе означало бы для Фока, что не может быть выдвинуто даже вероятностное описание; все результаты будут одинаково вероятны. Заканчивая свои заметки по причинности, Фок отметил, что во время последних бесед он обнаружил, что и Бор согласен с этими соображениями. Таким образом, некоторое переопределение дополнительности и причинности будет большим шагом в сторону укрепления копенгагенской интерпретации.

Мнение Фока о роли измерения в квантовой механике основывалось на признании объективной реальности. Он признавал соотношение неопределенности Гейзенберга как фактуальное утверждение точности измерений на микроуровне. Но эта относительность к средствам измерения ни в коем случае не пересекалась с объективностью. "В квантовой физике относительность к средствам наблюдения только уточняет физические понятия... Объекты микромира являются столь же реальными и их свойства столь же объективными, как и свойства объектов, изучаемых классической физикой"¹. Прибор играет важную роль в квантовой механике, отмечал Фок, но нет причин преувеличивать эту роль, так как прибор является не более чем частью объективной реальности, подчиняясь физическим законам. Значение прибора в том, что он неизбежно дает описание в классических терминах.

¹ (Фок В. А. Об интерпретации квантовой механики. С. 218.)

Однако основой квантовой механики, согласно Фоку, является нечто совершенно новое в естествознании: потенциальная возможность для микрообъекта появляться, в зависимости от их внешних условий, то как волна, то как частица или в промежуточной форме¹. Эта новая концепция, в паре со статистическими характеристиками состояния объекта, приводит нас к другому пониманию причинности и материи. Бор пытался прийти к этому новому пониманию путем акцентирования роли прибора и понятия дополнительности. Фок предпочел несколько другой путь: "Но я пытаюсь привлечь новые понятия, например понятие заложенных в атомном объекте потенциальных возможностях, и мне кажется, что математический аппарат квантовой механики... может быть правильно понят только на основе этих новых понятий"². Фок, таким образом, полагал, что его существенным вкладом в интерпретацию квантовой механики была идея "потенциальных возможностей" и вытекающее отсюда разделение между потенциальными возможностями и действительно реализованными результатами в физике. Как будет показано далее, подход Фока резко отличался от интерпретаций со скрытыми параметрами, так как он не верил, что возможно в принципе достижение точного описания микрочастиц.

¹ (Промежуточной формой, отмечал Фок, будет случай, когда волнообразные и корпускулярнообразные свойства проявляются одновременно (хотя и не четко). Так, например, когда электрон частично локализован (корпускулярное свойство) и в то же время он проявляет волновые характеристики (волновая функция имеет характер стоячей волны, у которой быстро уменьшается амплитуда при увеличении расстояния от центра атома).)

² (Промежуточной формой, отмечал Фок, будет случай, когда волнообразные и корпускулярнообразные свойства проявляются одновременно (хотя и не четко). Так, например, когда электрон частично локализован (корпускулярное свойство) и в то же время он проявляет волновые характеристики (волновая функция имеет характер стоячей волны, у которой быстро уменьшается амплитуда при увеличении расстояния от центра атома). С. 235.)

Фок различал три различные стадии в экспериментах, предназначенных для изучения свойств атомных объектов: подготовка объекта, поведение объекта в фиксированных внешних условиях и само измерение. Эти стадии могут быть названы "подготовляющей частью", "рабочей частью" и "регистрирующей частью" эксперимента. В экспериментах по дифракции на кристаллах подготовительной частью будет источник монохроматического потока электронов, так же как и диафрагма перед кристаллом, рабочей частью будет сам кристалл, а регистрирующей частью будет фотопластинка. Фок подчеркивал, что в таком эксперименте существует возможность изменить последнюю часть (измерение) без изменения двух первых частей, и он строил свою интерпретацию квантовой механики на этом признании. Таким образом, варьируя конечную стадию эксперимента, можно производить измерения величин (энергии, скорости, положения), которые происходят от одного и того же начального состояния объекта. "Каждой величине соответствует своя серия измерений, результаты которой выражаются в виде распределения вероятностей для этой величины. Все указанные распределения вероятностей могут быть выражены параметрически через одну и ту же волновую функцию, которая не зависит от заключительной стадии опыта и тем самым является объективной характеристикой состояния объекта непосредственно перед заключительной стадией"¹.

¹ (Промежуточной формой, отмечал Фок, будет случай, когда волнообразные и корпускулярнообразные свойства проявляются одновременно (хотя и не четко). Так, например, когда электрон частично локализован (корпускулярное свойство) и в то же время он проявляет волновые характеристики (волновая функция имеет характер стоячей волны, у которой быстро уменьшается амплитуда при увеличении расстояния от центра атома). С. 222-223.)

В последнем предложении, таким образом, содержится смысл часто цитируемого утверждения Фока о том, что волновая функция является объективным описанием квантовых состояний. Волновая функция объективна в том смысле, писал Фок, что она требует объективного (независимо от наблюдателя) описания потенциальных возможностей взаимных воздействий объекта и прибора. Таким образом, естествоиспытатель будет прав, полагал Фок (в противоположность Блохинцеву), говоря, что волновая функция относится к отдельному объекту. Но это объективное состояние еще не является актуальным, продолжал Фок, так как еще не реализовалась ни одна из потенциальных возможностей. Переход от потенциально возможного к существующему происходит на конечной стадии эксперимента. Таким образом, Фок завершает свою интерпретацию квантовой механики утверждением реалистической (он бы сказал, диалек-тико-материалистической) позиции в философии естествознания. Тем не менее его распространение понятия реализма на утверждения, относящиеся к потенциальным, а не актуальным ситуациям, было открыто для ряда логических возражений.