Нильс Бор

Бор был убежден, что квантовая  теория дает "средство для освещения  самых общих вопросов человеческого  мышления" . Он видит аналогию между связью атомных явлений с их наблюдениями и психологическими процессами, где трудно отделить объективное содержание от наблюдающего субъекта. "...С одной стороны, описание нашей мыслительной деятельности требует противопоставления объективно заданного содержания и мыслящего субъекта, а с другой, как уже ясно, - ...нельзя строго разграничить объект и субъект, поскольку последнее понятие также принадлежит к содержанию. Из такого положения вещей следует не только относительность зависящего от произвола при выборе точки зрения значения каждого понятия или, вернее, каждого слова; мы должны вообще быть готовыми к тому, что всестороннее освещение одного и того же предмета может потребовать различных точек зрения, препятствующих однозначному описанию. Строго говоря, глубокий анализ любого понятия и его непосредственное применение взаимно исключают друг друга». Здесь речь идет, скорее всего, о фактах и смысле этих фактов.

Далее. Физическая картина  явления и его математическое описание дополнительны. Создание физической картины мира требует пренебрежения  деталями и уводит от математической точности. И наоборот, попытка точного  математического описания явления  затрудняет ясное понимание. Действительно, математическое описание основано на логике, физическая же картина мира строится на догадках, интуиции. На вопрос "Что дополнительно понятию  истины?" Бор ответил "Ясность".

Со студенческой скамьи Бора занимала (под влиянием книги Пауля  Меллера "Приключения датского студиозуса") проблема свободы воли и детерминированности. Сильное влияние на Бора оказал также  датский философ Серен Кьеркегор. Возражая мысли Гегеля о переходе количества в качество, Кьеркегор  говорит: "Высшая количественная определенность так же мало объясняет скачок, как  и низшая. Новое возникает скачкообразно". Он отрицает элемент непрерывности, сохраняющийся при переходе в  новое. Новое качество, по Кьеркегору, появляется с внезапностью загадочного. Скачок алогичен, недоступен рациональному  пониманию, не вытекает с логической необходимостью из предшествующего  состояния, иррационален...

Далее Бор рассматривает  отношения между наукой и искусством, между наукой и религией. Кроме  того он предполагает, что положение  отдельного индивида в обществе описывается  типично дополнительными характеристиками, которые зависят от соотношения (весьма подвижного) между личностными  ценностями и общественными нормами. Общую цель всех культур Бор видит  в теснейшем сочетании "справедливости и милосердия, какого только можно  достигнуть; тем не менее следует  признать, что в каждом случае, где  нужно строго применить закон, не остается места для проявления милосердия, и наоборот, доброжелательство и  сострадание могут вступить в  конфликт с самими принципами правосудия. Во многих религиях этот конфликт иллюстрируется мифами о битвах между богами, олицетворяющими  такие идеалы, а в древневосточной  философии это подчеркивается следующим  мудрым советом: добиваясь гармонии человеческой жизни, никогда не забывай, что на сцене бытия мы сами являемся как актерами, так и зрителями". В связи с этим я хочу отметить, что человеческое сообщество интуитивно отобразило дополнительность справедливости и милосердия в связке института государственных судебных органов, руководствующихся в своей деятельности буквой рациональных законов и судов присяжных, более подверженных влиянию иррациональных чувств.

Рассуждая на основе метода аналогии и выявляя общие черты  микрообъектов, живых организмов, сознания, общества и человеческих культур, Бор  превратил свой принцип дополнительности из физического в универсальный философский принцип с наиболее общим методологическим значением. "В общефилософском аспекте, - писал он, - знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а из-за того, что словам иногда придается различный смысл, и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания".

Отметим, что из математического  формализма квантовой механики идея дополнительности не выводится. Однако это не недостаток идеи дополнительности, а скорее ее достоинство. Дополнительность предстает перед нами как высшая форма качественного объяснения, и нет никакой необходимости  искать указаний на то, какой математический формализм за нее ответствен. От качества нельзя требовать выводимости  его из количества. Так, например, на основе понятия "вода" нельзя делать заключения, из какого количества воды складывается капля или море. Наконец, существенно и то, что, как отмечал  П.Фейерабенд, идея дополнительности не представляет собой "последнее слово". Естественно, в сегодняшнем своем  виде она вообще не может быть "последним  словом", так как ничто не может  претендовать на статус "абсолютной истины". Однако согласно принципу соответствия, как бы ни изменялась в будущем  идея дополнительности, взгляды Бора останутся в золотой сокровищнице человеческого познания.

В связи с этим ниже я  намерен сформулировать обобщенный принцип дополнительности Бора, охватывающий явления дополнительности, найденные  Бором в других отраслях знания. Это позволит отыскивать феномены двойственности в самых различных областях действительности.

Принцип дополнительности 

Принцип, который очень  точно и емко Бор назвал дополнительностью, — одна из самых глубоких философских  и естественно-научных идей настоящего времени. С ним можно сравнить лишь такие идеи, как принцип относительности или представление о физическом поле. 

«За годы, предшествующие выступлению  Н. Бора в Комо, имели место многочисленные дискуссии о физической интерпретации  квантовой теории, — пишет У.И. Франкфурт. — Суть квантовой теории — в постулате, согласно которому каждому атомному процессу свойственна  прерывность, чуждая классической теории. Квантовая теория признает в качестве одного из своих основных положений  принципиальную ограниченность классических представлений при их применении к атомным явлениям, чуждую классической физике, но в то же время интерпретация  эмпирического материала основывается главным образом на применении классических понятий. Из-за этого при формулировке квантовой теории возникают существенные трудности.  

Классическая теория предполагает, что физическое явление можно  рассматривать, не оказывая на него принципиально  неустранимого влияния». 

Для доклада на Международном  физическом конгрессе в Комо «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной  теории» ввиду важности обсуждавшихся  проблем Бору была предоставлена  четырехкратная норма времени. Дискуссия  по его докладу заняла все оставшееся время конгресса. 

«...Открытие универсального кванта действия, — говорил Нильс  Бор, — привело к необходимости  дальнейшего анализа проблемы наблюдения. Из этого открытия следует, что весь способ описания, характерный для  классической физики (включая теорию относительности), остается применимым лишь до тех пор, пока все входящие в описание величины размерности  действия велики по сравнению с квантом  действия Планка. Если это условие  не выполняется, как это имеет  место в области явлений атомной  физики, то вступают в силу закономерности особого рода, которые не могут  быть включены в рамки причинного описания... Этот результат, первоначально  казавшийся парадоксальным, находит, однако, свое объяснение в том, что в указанной  области нельзя более провести четкую грань между самостоятельным  поведением физического объекта  и его взаимодействием с другими  телами, используемыми в качестве измерительных приборов; такое взаимодействие с необходимостью возникает в  процессе наблюдения и не может быть непосредственно учтено по самому смыслу понятия измерения... 

Это обстоятельство фактически означает возникновение совершенно новой ситуации в физике в отношении  анализа и синтеза опытных  данных. Она заставляет нас заменить классический идеал причинности  некоторым более общим принципом, называемым обычно «дополнительностью».  

Получаемые нами с помощью  различных измерительных приборов сведения о поведении исследуемых  объектов, кажущиеся несовместимыми, в действительности не могут быть непосредственно связаны друг с  другом обычным образом, а должны рассматриваться как дополняющие  друг друга. Таким образом, в частности, объясняется безуспешность всякой попытки последовательно проанализировать «индивидуальность» отдельного атомного процесса, которую, казалось бы, символизирует  квант действия, с помощью разделения такого процесса на отдельные части. Это связано с тем, что если мы хотим зафиксировать непосредственным наблюдением какой-либо момент в  ходе процесса, то нам необходимо для  этого воспользоваться измерительным  прибором, применение которого не может  быть согласовано с закономерностями течения этого процесса. Между  постулатом теории относительности  и принципом дополнительности при  всем их различии можно усмотреть  определенную формальную аналогию.  

Она заключается в том, что подобно тому, как в теории относительности оказываются эквивалентными закономерности, имеющие различную  форму в разных системах отсчета  вследствие конечности скорости света, так в принципе дополнительности закономерности, изучаемые с помощью  различных измерительных приборов и кажущиеся взаимно противоречащими  вследствие конечности кванта действия, оказываются логически совместимыми.  

Чтобы дать по возможности  ясную картину сложившейся в  атомной физике ситуации, совершенно новой с точки зрения теории познания, мы хотели бы здесь прежде всего  рассмотреть несколько подробнее  такие измерения, целью которых  является контроль за пространственно-временным  ходом какого-либо физического процесса. Такой контроль в конечном счете  всегда сводится к установлению некоторого числа однозначных связей поведения  объекта с масштабами и часами, определяющими используемую нами пространственно-временную  систему отсчета. Мы лишь тогда можем  говорить о самостоятельном, не зависимом  от условий наблюдения поведении  объекта исследования в пространстве и во времени, когда при описании всех условий, существенных для рассматриваемого процесса, можем полностью пренебречь взаимодействием объекта с измерительным  прибором, которое неизбежно 

возникает при установлении упомянутых связей. Если же, как это  имеет место в квантовой области, такое взаимодействие само оказывает  большое влияние на ход изучаемого явления, ситуация полностью меняется, и мы, в частности, должны отказаться от характерной для классического  описания связи между пространственно-временными характеристиками события и всеобщими  динамическими законами сохранения. Это вытекает из того, что использование  масштабов и часов для установления системы отсчета по определению  исключает возможность учета величин импульса и энергии, передаваемых измерительному прибору в ходе рассматриваемого явления. Точно так же и наоборот, квантовые законы, в формулировке которых существенно используются понятия импульса или энергии, могут быть проверены лишь в таких экспериментальных условиях, когда исключается строгий контроль за пространственно-временным поведением объекта». 

Согласно соотношению  неопределенностей Гейзенберга, нельзя в одном и том же опыте определить обе характеристики атомного объекта  — координату и импульс. 

Но Бор пошел дальше. Он отметил, что координату и импульс  атомной частицы нельзя измерить не только одновременно, но вообще с  помощью одного и того же прибора. Действительно, для измерения импульса атомной частицы необходим чрезвычайно  легкий подвижный «прибор». Но именно из-за его подвижности положение  его весьма неопределенно. Для измерения  координаты нужен очень массивный  «прибор», который не шелохнулся бы при попадании в него частицы. Но как бы ни изменялся в этом случае ее импульс, мы этого даже не заметим. 

«Дополнительность — вот  то слово и тот поворот мысли, которые стали доступны всем благодаря  Бору, — пишет Л.И.Пономарев. —  До него все были убеждены, что несовместимость  двух типов приборов непременно влечет за собой противоречивость их свойств. Бор отрицал такую прямолинейность  суждений и разъяснял: да, свойства их действительно несовместимы, но для полного описания атомного объекта  оба они равно необходимы и  поэтому не противоречат, а дополняют  друг друга. 

Это простое рассуждение  о дополнительности свойств двух несовместимых приборов хорошо объясняет  смысл принципа дополнительности, но никоим образом его не исчерпывает. В самом деле, приборы нам нужны  не сами по себе, а лишь для измерения  свойств атомных объектов. Координата х и импульс р — это те понятия, которые соответствуют  двум свойствам, измеряемым с помощью  двух приборов. В знакомой нам цепочке  познания — явление — образ, понятие, формула, принцип дополнительности сказывается прежде всего на системе  понятий квантовой механики и  на логике ее умозаключений. 

Дело в том, что среди  строгих положений формальной логики существует «правило исключенного третьего», которое гласит: из двух противоположных  высказываний одно истинно, другое —  ложно, а третьего быть не может. В  классической физике не было случая усомниться в этом правиле, поскольку там  понятия «волна» и «частица»  действительно противоположны и  несовместимы по существу. Оказалось, однако, что в атомной физике оба  они одинаково хорошо применимы для описания свойств одних и тех же объектов, причем для полного описания необходимо использовать их одновременно». 

Принцип дополнительности Бора — удавшаяся попытка примирить  недостатки устоявшейся системы  понятий с прогрессом наших знаний о мире. Этот принцип расширил возможности  нашего мышления, объяснив, что в  атомной физике меняются не только понятия, но и сама постановка вопросов о сущности физических явлений. 

Но значение принципа дополнительности выходит далеко за пределы квантовой  механики, где он возник первоначально. Лишь позже — при попытках распространить его на другие области науки —  выяснилось его истинное значение для  всей системы человеческих знаний. Можно спорить о правомерности  такого шага, но нельзя отрицать его  плодотворность во всех случаях, даже далеких от физики. 

«Бор показал, — отмечает Пономарев, — что вопрос «Волна или  частица?» в применении к атомному объекту неправильно поставлен. Таких раздельных свойств у атома  нет, и потому вопрос не допускает  однозначного ответа «да» или «нет». Точно так же, как нет ответа у вопроса: «Что больше: метр или  килограмм?», и у всяких иных вопросов подобного типа.