30. Праблема ўзаемадачыненняў квантавай і рэлятывісцкай фізікі.

Узаемадачыненні квантавай і рэлятывісцкай фізікі былі і застаюцца ў найвышэйшай ступені складанымі, напоўненымі вострымі супярэчнасцямі і калізіямі (яскравым прыкладам якіх з’яўляюцца згаданыя вышэй “гамерычныя” дэбаты Бора і Эйнштэйна). Мы маглі ўжо неаднойчы (напрыклад, аналізуючы творчыя пошукі і тэарэтычныя набыткі І.Н’ютана, Д.К.Максвела) пераканацца, што тэндэнцыя да сінтэзу тэорый, у якіх разглядаюцца разнародныя, на першы погляд, феномены, праходзіць праз усю гісторыю фізікі сучаснага тыпу. На грунце гэтай тэндэнцыі цалкам заканамерна паўстаў ідэал уніфікацыі фізічных уяўленняў, які нацэльваў навукоўцаў на стварэнне адзінай, вялікай, сінтэтычнай супертэорыі. Дадзеную задачу ставілі перад сабой і імкнуліся вырашыць найвялікшыя фізікі ХХ ст., яна засталася, аднак, нявырашанай і на сённяшні дзень.

Апарэйтычная сітуацыя назіраецца найперш якраз ва ўзаемадачыненнях дзвюх найважнейшых тэорый ХХ ст. – квантавай і рэлятывісцкай. Кожная з іх, узятая самастойна, мае несупярэчлівы і звязны характар. Пры ўсякай спробе сінтэзаваць іх у адзінае тэарэтычнае ўтварэнне паўстаюць, аднак, вострыя супярэчнаці. (Дадзеная сітуацыя, зрэшты, надта пасуе постмадэрнісцкаму светабачанню. Грунтоўныя фізічныя тэорыі супраціўляюцца іх магчымаму сінтэзу, нібы жадаючы сцвердзіць такі любы постмадэрністам прынцып рознасці – у дадзеным выпадку рознасці падыходаў да фізічнай рэальнасці, да прыродных з’яў.)

Неабходна адзначыць, што згаданая апарыя (ад старажытнагр.ἀπορία – цяжкае становішча, сумненне) мае глыбокія карані, якія сягаюць па-за межы ўзроўню матэматычнага фармалізму (на якім, безумоўна, выяўляюцца ў найвышэйшай ступені істотныя адрозненні паміж абедзвюма тэорыямі). Справа ў тым, што квантавая і рэлятывісцкая фізіка адрозніваюцца сваімі светапогляднымі падставамі, самой існасцю сваіх падыходаў да разумення і апісання прыроды.

Шмат хто з філосафаў і навукоўцаў лічыць правамерным і апраўданым весці гаворку ўвогуле пра іх прынцыповую рознатыповасць: калі квантавая механіка разглядаецца як сучасная тэорыя, дык тэорыя адноснасці – як класічная. Такую пазіцыю адстойваў, напрыклад, Э.Шродзінгер, які ўлучаў эйнштэйнаўскую тэорыю гравітацыі ў абсяг класічнай фізікі на падставе строга дэтэрміністычнага характару ўласцівай ёй карціны прыроды. С.Хокінг і Л.Млодзінаў абгрунтоўваюць ідэнтычны пункт погляду тым, што у ёй, як і ў механіцы Н’ютана ці электрадынаміцы Максвела, “ўніверсум мае адну адзіную гісторыю”, у той час як паводле квантавых уяўленняў ён можа мець іх безліч. (Адмова рэлятывісцкай фізіцы ў праве на статус сучаснага тэарэтычнага ўтварэння выглядае, аднак, досыць праблематычнай, калі ўзяць пад увагу ролю, якая адводзіцца ў ёй назіральніку.)

У больш канкрэтным плане Д.Параш’я выяўляе дзве найгрунтоўнейшыя цяжкасці, што перашкаджаюць стварэнню “квантавай тэорыі адноснасці”:

– па-першае, тэорыя адноснасці даводзіць пра эквівалентнасць масы і энергіі, адкуль вынікае незахаванне ліку элементарных часцінак пры іх сутыкненні; згодна з квантава-механічнымі ўяўленнямі (дачыненнем няпэўнасці), аднак, энергія сістэмы ў пэўны момант часу не можа быць вызначаная дакладна; як выявіць рэлятывісцкія адносіны паміж велічынямі, адна з якіх выступае як няпэўная?

– па-другое, “калі ў тэорыі адноснасці час і прастора выконваюць сіметрычную ролю, дык у квантавай фізіцы яны поўнасцю раз’яднаныя”.

Д.Параш’я і іншыя даследчыкі справядліва падкрэсліваюць разам з тым, што на лакальным узроўні мелі і маюць месца адносна ўдалыя спробы спалучыць патрабаванні квантавай і рэлятывісцкай фізікі. Яны былі здзейсненыя ў даследаваннях А.Розенфельда, П.Дзірака, на што ўжо ўказвалася вышэй (4.4). У гэты шэраг належаць таксама пошукі навукоўцаў, што прывялі да сварэння квантавых тэорый поля (піянерскімі тут былі працы Р.Фейнмана), пра што больш падрабязная гаворка пойдзе ніжэй (4.8). Тым не менш квантавая тэорыя гравітацыі, патрэба ў якой востра адчуваецца не толькі ў абсягу тэарэтычнай фізікі, але і касмалогіі, застаецца на сённяшні дзень недасягальнай.

Наяўнасць сур’ёзнай праблемы стымулюе творчую думку. Апарэйтычная сітуацыя ва ўзаемадачыненнях квантавай і рэлятывісцкай фізікі выклікала да жыцця інтэнсіўныя пошукі і паспрыяла сур’ёзным адкрыццям, хоць кардынальнае яе пераадоленне і не было дасягнута. Высокі інтэлектуальны ўзровень згаданых пошукаў быў зададзены дыскусіямі Н.Бора і А.Эйнштэйна, пра якія неаднаразова ўжо ішла гаворка. Праўда, большасць фізікаў працяглы час не надта зважала на інтэлектуальную бітву вялікіх навукоўцаў. Яна падавалася ім занадта субтыльнай, у першую чаргу эпістэмалагічнай і досыць далёкай ад практыкі навуковых даследаванняў.

У кантэксце згаданых дыскусій А.Эйнштэйн, Б.Падольскі (1896-1966) і Н.Розэн (1909-1995) надрукавалі ў 1935г. артыкул, які меў на мэце даказаць непаўнату квантава-механічнага фармалізму (праблематычны характар квантавай механікі падкрэсліваў загаловак гэтай працы: “Ці можна лічыць квантавае апісанне фізічнай рэальнасці поўным?”) Аўтары артыкула ўказвалі на тое, што ў пэўных выпадках (напрыклад, калі адпачаткова ўзаемадзейныя паміж сабой мікрааб’екты аддаляюцца адзін ад аднаго) існуе магчымасць строгіх прадказанняў на аснове згаданага фармалізму – яны імкнуліся, такім чынам, абвергнуць яго на ягонай уласнай аснове! Дадзеная акалічнасць яскрава сведчыла, на іх думку, пра існаванне дадатковых, няўлічаных квантавай механікай параметраў і мусіла нацэльваць на іх пошук. Н.Бор адказаў на артыкул А.Эйнштэйна, Б.Падольскага і Н.Розэна ўласнай аднайменнай працай, у якой ён адстойваў супрацьлеглую пазіцыю. Ён падкрэсліваў пры гэтым, што ў прыведзеным ягонымі апанентамі выпадку нельга весці гаворку пра індывідуальныя ўласцівасці мікрааб’ектаў, што яны ўтвараюць адзіную сістэму нават пры аддаленні адзін ад аднаго.

Толькі праз тры дзесяцігоддзі дадзеная палеміка страціла свой чыста акадэмічны характар. У 1964 г. ірландскі фізік Д.Бел паказаў, што пры ўсякай спробе дапоўніць квантава-механічны фармалізм дадатковымі зменнымі, у якіх фіксуюцца скрытыя параметры, што дазваляюць адназначнае апісанне фізічнай рэальнасці, у пэўных выпадках паўстаюць супярэчнасці са зробленымі на яго аснове прадказаннямі. Такім чынам, выбар на карысць пазіцыі Бора ці Эйнштэйна мог быць пагрунтаваны не на эпістэмалагічных прыхільнасцях, а на выніках эксперыментаў. Было здзейснена некалькі пакаленняў такіх эксперыментальных праверак, і шмат хто з фізікаў разглядае іх рэзультаты як адназначны аргумент на карысць пазіцыі Н.Бора.

Такім чынам, ва ўзаемадачыненнях дзвюх найважнейшых фізічных тэорый ХХ ст. – квантавай і рэлятывісцкай – назіраецца апарэйтычная сітуацыя: узятыя паасобку, яны маюць несупярэчлівы характар, аднак пры ўсякай спробе сінтэзаваць іх паўстаюць супярэчнасці. Дадзеная апарыя, з аднаго боку, мае глыбокія, светапоглядныя і тэарэтычныя падставы, а з іншага – выяўляецца ў іх фармальнай несумяшчальнасці (несумяшчальнасці на ўзроўні ўласцівага кожнай з іх матэматычнага фармалізму). Яна выклікала інтэнсіўныя эпістэмалагічныя і навуковыя пошукі. У іх рэчышчы былі зробленыя спробы даказаць, што квантава-механічны фармалізм не з’яўляецца агульназначным. У 60-х гг. ХХ ст. адпаведныя дыскусіі набылі эксперыментальны падмурак, і вынікі адпаведных эксперыментаў шмат хто з фізікаў разглядае як аргумент на карысць капенгагенскай інтэрпрэтацыі квантавай механікі.