- В дальнейшем продолжалось активное развитие теории атома бора, на ее основе была объяснена периодическая система элементов д.и. менделеева, выдвижение бором принципа соответствия, и другие работы, которые в конечном итоге привели к возникновению совершенно новой физики – квантовой механики.
- 2. Бор в Англии. Теория Бора (1911—1916)
- 6. Противостояние нацизму. Война. Борьба против атомной угрозы (1940—1950)
- Примечания
- Нильс бор
В дальнейшем продолжалось активное развитие теории атома бора, на ее основе была объяснена периодическая система элементов д.и. менделеева, выдвижение бором принципа соответствия, и другие работы, которые в конечном итоге привели к возникновению совершенно новой физики – квантовой механики.
– 27 –
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В острый для физики период, когда был накоплен огромный экспериментальный материал, был нужен принципиально новый подход для создания физической картины атомных процессов. Важная заслуга Бора состоит в том, что он нашел такой подход. Он ориентировал физиков на исследование противоречивых сторон физической реальности микромира.
В честь Нильса Бора назван, открытый 18 февраля 1970 года в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, 105-й элемент периодической системы элементов – нильсборий (Ns).
В свое время П.Л. Капица писал о Боре : “Во всей мировой науке в наши дни не было человека с таким влиянием на естествознание, как Бор. Из всех теоретических троп тропа Бора была самой значительной.”
В своей статье , “Слово о Нильсе Боре”, Лев Давыдович Ландау говорит:
” Я думаю, что Бор был очень смелым человеком, потому что только очень смелый человек может совершить такой гигантский переворот в мире физических представлений, какой совершил он… (Задумайтесь на секунду: что же надо совершить физику в XX в., чтобы попасть в школьный учебник!).”
По образному выражению В.Л. Гинзбурга о Нильсе Боре:”… великий физик зажег маяк, которые долгие годы освещал дорогу физикам всего мира. Этот огонь будет источником света и тепла не только для нашего, но и для будущих поколений.”
– 28 –
ЛИТЕРАТУРА
1. Гернек Ф. Пионеры атомного века. Великие исследователи от Макс- велла до Гейзенберга. – М.: “Прогресс”,1974.
2. Данин Д. Нильс Бор. – М.: “Молодая гвардия”, 1978.
3. Капица П. Л. Памяти Нильса Бора. – Природа, 1963, #1, с. 67.
4. Клайн Б. В поисках. Физики и квантовая теория. – М.: “Атомиздат,” 1971.
5. Кляус Е. М., Франкфурт У. И., Френк А.М. Нильс Бор. – М.: “Наука”, 1977.
6. Ландау Л.Д. Слово о Нильсе Боре. – “Комсомольская правда”, 1965, 6 октября.
7. Мур Р. Нильс Бор – человек и ученый. – М.: “Мир”, 1969.
8. Нильс Бор. Жизнь и творчество. (Сборник статей). – М.:”Наука”, 1967.
9. Франкфурт У. И. Френк А. М. У истоков квантовой теории. – М.: “На- ука”, 1975.
10. Храмов Ю. А. Физики. Биографический справочник. – Киев.: “Наукова думка”, 1977.
НИЖНЕТАГИЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
РЕФЕРАТ
«ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ТЕОРИИ АТОМА БОРА»
Выполнила: Жигунова Е. В. гр. 31-Ф
Руководитель: Фискинд Е.Э.
1999
Концепции современного естествознания
Открытие атома
Естествознание XX века
Строение атома. Есть ли предел таблицы Менделеева?
Физика в МГУ (билеты-вопросы-ответы) по лекциям Ремезовой Н.И. и лекторов из МГУ
Российские нобелевские лауреаты
Жизнь и достижения Нильса Бора
Концепции современного естествознания
Атомное ядро
Концепции современного естествознания
Концепция атомизма как концепция корпускулярно-волнового дуализма
Некоторые характеристики и свойства микрообъектов
Развитие периодического закона. Зависимость свойства элементов от ядра его атома
Период революционных изменений в физике
Полевая форма материи
Происхождение и принципы эволюции: между равновесием и нелинейностью
История открытия редких химических элементов
История физики: строение материи
Методика изучения квантовой оптики в базовой и профильной школах
2. Бор в Англии. Теория Бора (1911—1916)
В 1911 Бор получил стипендию в размере 2500 крон от фонда Карлсберга для стажировки за границей[10]. В сентябре 1911 он прибыл в Кембридж, чтобы работать в Кавендишской лаборатории под руководством знаменитого Дж. Дж. Томсона.
В итоге в марте 1912 Бор переехал в Манчестер к Эрнесту Резерфорду, с которым незадолго до того познакомился[11]. В 1911 Резерфорд по итогам своих опытов опубликовал планетарную модель атома. Бор активно включился в работу по этой тематике, чему способствовали многочисленные обсуждения с работавшим тогда в Манчестере известным химиком Георгом Хевеши и с самим Резерфордом.
Исходной идеей было то, что свойства элементов определяются целым числом — атомным номером, в роли которого выступает заряд ядра, который может изменяться в процессах радиоактивного распада. Первым применением резерфордовской модели атома для Бора стало рассмотрение в последние месяцы своего пребывания в Англии процессов взаимодействия альфа- и бета-лучей с веществом[12]. Летом 1912 Бор вернулся в Данию.
1 августа 1912[10] в Копенгагене состоялась свадьба Бора и Маргарет Норлунд, сестры близкого друга Харальда — Нильса Эрика Норлунда, с которой он познакомился в 1909[13]. Во время свадебного путешествия в Англию и Шотландию Бор с супругой посетили Резерфорда в Манчестере.
Бор передал ему свою подготовленную к печати статью «Теория торможения заряженных частиц при их прохождении через вещество» (она была опубликована в начале 1913). Вместе с тем было положено начало тесной дружбе семей Боров и Резерфордов. Общение с Резерфордом оставило неизгладимый отпечаток (как в научном, так и в личностном плане) на дальнейшей судьбе Бора, который спустя много лет писал:
По возвращении в Копенгаген Бор преподавал в университете, в то же время интенсивно работая над квантовой теорией строения атома. Первые результаты содержатся в черновике, посланном Резерфорду ещё в июле 1912 и носящем название «резерфордовского меморандума»[15].
Однако решающие успехи были достигнуты в конце 1912 — начале 1913. Ключевым моментом стало знакомство в феврале 1913 с закономерностями расположения спектральных линий и общим комбинационным принципом для частот излучения атомов. Впоследствии сам Бор говорил:
Как только я увидел формулу Бальмера, весь вопрос стал мне немедленно ясен.[16]
В марте 1913 Бор послал предварительный вариант статьи Резерфорду, а в апреле съездил на несколько дней в Манчестер для обсуждения своей теории. Итогом проведённой работы стали три части революционной статьи «О строении атомов и молекул»[17], опубликованные в журнале «Philosophical Magazine» в июле, октябре и декабре 1913 и содержащие квантовую теорию водородоподобного атома.
В теории Бора можно выделить два основных компонента[18]: общие утверждения (постулаты) о поведении атомных систем, сохраняющие своё значение и всесторонне проверенные, и конкретная модель строения атома, представляющая в наши дни лишь исторический интерес.
Постулаты Бора содержат предположения о существовании стационарных состояний и об излучательных переходах между ними в соответствии с представлениями Планка о квантовании энергии вещества. Модельная теория атома Бора исходит из предположения о возможности описания движения электронов в атоме, находящемся в стационарном состоянии, на основе классической физики, на которое накладываются дополнительные квантовые условия (например, квантование углового момента электрона).
Теория Бора сразу же позволила обосновать испускание и поглощение излучения в сериальных спектрах водорода, а также объяснить (с поправкой на приведённую массу электрона) наблюдавшиеся ранее Чарлзом Пикерингом и Альфредом Фаулером водородоподобные спектры с полуцелыми квантовыми числами как принадлежащие ионизированному гелию. Блестящим успехом теории Бора стало теоретическое получение значения постоянной Ридберга[19].
Работа Бора сразу привлекла внимание физиков и стимулировала бурное развитие квантовых представлений. Его современники по достоинству оценили важный шаг, который сделал датский учёный. Так, в 1936 Резерфорд писал:
В 1949 Альберт Эйнштейн так вспоминал о своих впечатлениях от знакомства с теорией Бора:
Весной 1914 Бор был приглашён Резерфордом заменить Чарлза Дарвина, внука знаменитого естествоиспытателя, в качестве лектора по математической физике в Манчестерском университете (Шустеровская школа математической физики)[22]. Он оставался в Манчестере с осени 1914 до лета 1916.
Для систем, состоящих из более чем двух частиц, нет простого соотношения между энергией и числом обращений, и по этой причине соображения, подобные тем, которые я использовал ранее, не могут быть применены для определения «стационарных состояний» системы. Я склонен полагать, что в этой проблеме скрыты очень значительные трудности, которые могут быть преодолены лишь путём отказа от обычных представлений в ещё большей степени, чем это требовалось до сих пор, и что единственной причиной достигнутых успехов является простота рассмотренных систем.[23] |
В 1914 Бор сумел частично объяснить расщепление спектральных линий в эффектах Штарка и Зеемана, однако ему не удалось получить расщепление более чем на две компоненты. В этом проявилась ограниченность круговых орбит, рассматриваемых в его теории. Преодолеть её стало возможно лишь после того, как в начале 1916 Арнольд Зоммерфельд сформулировал обобщённые квантовые условия, ввёл три квантовых числа для орбиты электрона и объяснил тонкую структуру спектральных линий, учтя релятивистские поправки. Бор сразу же занялся коренным пересмотром своих результатов в свете этого нового подхода[24].
6. Противостояние нацизму. Война. Борьба против атомной угрозы (1940—1950)
После прихода к власти в Германии нацистов Бор принял активное участие в устройстве судьбы многих учёных-эмигрантов, которые переехали в Копенгаген. В 1933 усилиями Нильса Бора, его брата Харальда, директора Института вакцин Торвальда Мадсена и адвоката Альберта Йоргенсена был учреждён специальный Комитет помощи учёным-беженцам[60].
После оккупации Дании в апреле 1940 года возникла реальная опасность ареста Бора в связи с его полуеврейским происхождением. Тем не менее, он решил оставаться в Копенгагене, пока это будет возможно, чтобы гарантировать защиту института и своих сотрудников от посягательств оккупационных властей.
Копенгаген я посетил осенью 1941 г., по-моему, это было в конце октября. К этому времени мы в «Урановом обществе» в результате экспериментов с ураном и тяжёлой водой пришли к выводу, что возможно построить реактор с использованием урана и тяжёлой воды для получения энергии. <…> В то время мы переоценивали масштаб необходимых технических затрат. <…> При таких обстоятельствах мы думали, что разговор с Бором был бы полезен. Такой разговор состоялся во время вечерней прогулки в районе Ни-Карлсберга. Зная, что Бор находится под надзором германских политических властей и что его отзывы обо мне будут, вероятно, переданы в Германию, я пытался провести этот разговор так, чтобы не подвергать свою жизнь опасности. Беседа, насколько я помню, началась с моего вопроса, должны ли физики в военное время заниматься урановой проблемой, поскольку прогресс в этой области сможет привести к серьёзным последствиям в технике ведения войны. Бор сразу же понял значение этого вопроса, поскольку мне удалось уловить его реакцию лёгкого испуга. Он ответил контрвопросом: «Вы действительно думаете, что деление урана можно использовать для создания оружия?» Я ответил: «В принципе возможно, но это потребовало бы таких невероятных технических усилий, которые, будем надеяться, не удастся осуществить в ходе настоящей войны». Бор был потрясён моим ответом, предполагая, очевидно, что я намереваюсь сообщить ему о том, что Германия сделала огромный прогресс в производстве атомного оружия. Хотя я и пытался после исправить это ошибочное впечатление, мне все же не удалось завоевать доверие Бора…[61] |
Таким образом, Гейзенберг намекает, что Бор не понял, что он имел в виду. Однако сам Бор был не согласен с такой трактовкой своей беседы с Гейзенбергом. В 1961 в разговоре с Аркадием Мигдалом он заявил:
Я понял его отлично. Он предлагал мне сотрудничать с нацистами…[62]
К осени 1943 оставаться в Дании стало невозможно, поэтому Бор вместе с сыном Оге был переправлен силами Сопротивления сначала на лодке в Швецию, а оттуда на бомбардировщике в Англию, при этом они едва не погибли[63]. Тётя Бора (старшая сестра его матери) — известный датский педагог Ханна Адлер (1859—1947) — была депортирована в концлагерь несмотря на 84-летний возраст и правительственную защиту.
Вместе с тем, уже начиная с 1944, Бор осознавал всю опасность атомной угрозы. В своём меморандуме на имя президента Рузвельта (3 июля 1944) он призвал к полному запрещению использования ядерного оружия, к обеспечению строгого международного контроля за этим и, в то же время, к уничтожению всякой монополии на мирное применение атомной энергии[63].
Впоследствии он направил в адрес руководителей США ещё два меморандума — от 24 марта 1945 и от 17 мая 1948[65]. Бор пытался донести свои мысли до Черчилля и Рузвельта и при личных встречах с ними, однако безрезультатно. Более того, эта деятельность, а также приглашение приехать на время войны в Советский Союз, полученное от Петра Капицы в начале 1944, привели к подозрениям в шпионаже в пользу СССР[66].
В ноябре 1945 г. Бора по заданию советской разведки и по рекомендации П. Капицы посетил советский физик Я. П. Терлецкий, который задал ему ряд вопросов об американском атомном проекте (об атомных реакторах). Бор рассказал лишь то, что к этому моменту было опубликовано в открытых источниках, и сообщил о визите Терлецкого контрразведывательным службам[67].
В 1950 Бор опубликовал открытое письмо ООН, настаивая на мирном сотрудничестве и свободном обмене информацией между государствами как залоге построения «открытого мира»[68]. В дальнейшем он неоднократно высказывался на эту тему, своим авторитетом подкрепляя призывы к миру и предотвращению угрозы ядерной войны[69].
Примечания
- Niels Bohr – www.rocfern.com/jennlake/FathersofTheBombPartI.html
- А. Пайс. Нильс Бор, человек и его наука // А. Пайс. Гении науки – www.edu.delfa.net/Interest/biblio/Pajs_Genii nauki.djvu. — М.: ИКИ, 2002. — С. 24.
- ↑ 12Д. Данин. Труды и дни Нильса Бора. – www.edu.delfa.net/Interest/biblio/Danin_Trudy_Bora.djvu — М.: Знание, 1985. — С. 8.
- А. Б. Мигдал. Нильс Бор и квантовая физика – ufn.ru/ru/articles/1985/10/d/ // УФН. — 1985. — Т. 147. — № 10.
- Ранние годы Нильса Бора – www.rocfern.com/jennlake/FathersofTheBombPartI.html
- А. Б. Мигдал. Указ. соч. С. 305—306.
- ↑ 12А. Пайс. Указ. соч. С. 25.
- Е. Л. Фейнберг Жизнь и деятельность Нильса Бора – ufn.ru/ru/articles/1963/6/b/ // УФН. — 1963. — Т. 80. — № 2. — С. 197—205.
- Теорема Бора — ван Лёвен – www.femto.com.ua/articles/part_1/0372.html // Физическая энциклопедия. — М.: БСЭ, 1988. — Т. 1, С. 225.
- ↑ 123А. Пайс. Указ. соч. С. 26.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде — основоположнике науки о ядре. Дальнейшее развитие его работ – ufn.ru/ru/articles/1963/6/b/ / Пер. В. А. Угарова = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscences of the Founder of Nuclear Science and of some Developments Based on his Work // УФН. — 1963. — Т. 80. — № 2. — С. 215—250.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде — основоположнике науки о ядре. Дальнейшее развитие его работ – ufn.ru/ru/articles/1963/6/b/ / Пер. В. А. Угарова = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscences of the Founder of Nuclear Science and of some Developments Based on his Work // УФН. — 1963. — Т. 80. — № 2. — С. 217—219.
- Р. Мур. Нильс Бор — человек и учёный. – www.edu.delfa.net/Interest/biblio/Mur_Nils Bor.djvu — М.: Мир, 1969. — С. 54.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде — основоположнике науки о ядре. Дальнейшее развитие его работ – ufn.ru/ru/articles/1963/6/b/ / Пер. В. А. Угарова = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscences of the Founder of Nuclear Science and of some Developments Based on his Work // УФН. — 1963. — Т. 80. — № 2. — С. 248—249.
- М. А. Ельяшевич. Развитие Нильсом Бором квантовой теории атома и принципа соответствия (Работы Н. Бора 1912—1923 гг. по атомной физике и их значение) – ufn.ru/ufn85/ufn85_10/Russian/r8510c.pdf // УФН. — 1985. — В. 10. — Т. 147. — С. 263.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 270.
- Первая часть доступна по ссылке: On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I – web.ihep.su/dbserv/compas/src/bohr13/eng.pdf, Phil. Mag., Vol. 26, p. 1—24 (1913).
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 254—255, 273.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 275—278.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 297. См. также: Э. Резерфорд. Избр. науч. тр. — М.: Наука, 1972. — С. 490.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 297. См. также: А. Эйнштейн. Собр. науч. тр. — М.: Наука, 1967. — Т. 4, С. 275.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде — основоположнике науки о ядре. Дальнейшее развитие его работ – ufn.ru/ru/articles/1963/6/b/ / Пер. В. А. Угарова = The Rutherford Memorial Lecture 1958. Reminiscences of the Founder of Nuclear Science and of some Developments Based on his Work // УФН. — 1963. — Т. 80. — № 2. — С. 229.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 281.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 283, 286.
- А. Пайс. Указ. соч. С. 30.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 276.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 288—289.
- Н. Бор. О строении атомов – ufn.ru/ufn23/ufn23_4/Russian/r234f.pdf // УФН. — 1923. — В. 4. — С. 436.
- ↑ 12М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 298.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 293—294.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде… С. 233.
- А. Б. Мигдал. Указ. соч. С. 323.
- Ю. А. Храмов. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983. — С. 390.
- Н. Бор. О строении атомов. С. 417—448.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде… С. 229.
- См. подборку классических статей в юбилейном выпуске УФН, Т. 122, вып. 8 (1977) – ufn.ru/ru/articles/1977/8/.
- А. Пайс. Указ. соч. С. 32.
- Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде… С. 236.
- М. Джеммер. Эволюция понятий квантовой механики. — М.: Мир, 1985. — С. 184—188.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 336.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 337.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 174—180, 337—339.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 348.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 357.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 343.
- М. Джеммер. Указ. соч. С. 346—348.
- См. перевод статьи и ответа Бора – ufn.ru/ufn36/ufn36_4/Russian/r364_b.pdf.
- А. Пайс. Указ. соч. С. 34.
- Е. Л. Фейнберг. Указ. соч. С. 204.
- Н. Бор. Дискуссии с Эйнштейном о проблемах теории познания в атомной физике – ufn.ru/ufn58/ufn58_12/Russian/r5812b.pdf // УФН. — 1958. — В. 12. — Т. 66. — С. 597.
- Р. Мур. Указ. соч. С. 223—224.
- Р. Мур. Указ. соч. С. 224—225.
- А. Пайс. Указ. соч. С. 37.
- С. Т. Беляев, В. Г. Зелевинский. Нильс Бор и физика атомного ядра – ufn.ru/ufn85/ufn85_10/Russian/r8510b.pdf // УФН. — 1985. — В. 10. — Т. 147. — С. 212—215.
- С. Т. Беляев, В. Г. Зелевинский. Указ. соч. С. 215—216.
- С. Т. Беляев, В. Г. Зелевинский. Указ. соч. С. 223—225.
- О. Фриш, Дж. Уилер. Открытие деления ядер – ufn.ru/ru/articles/1968/12/d/ // УФН. — 1968. — В. 12. — Т. 96. — С. 706.
- С. Т. Беляев, В. Г. Зелевинский. Указ. соч. С. 235—237.
- О. Фриш, Дж. Уилер. Указ. соч. С. 714—715.
- Р. Мур. Указ. соч. С. 220—221.
- Р. Юнг. Ярче тысячи солнц. Повествование об учёных-атомниках. — М., 1961. Глава Стратегия предупреждения (1939—1942). – hirosima.scepsis.ru/library/lib_47.html
- А. Б. Мигдал. Указ. соч. С. 340.
- ↑ 12И. Тамм Нильс Бор — великий физик ХХ века – ufn.ru/ru/articles/1963/6/a/ // УФН. — 1963. — Т. 80. — № 1. — С. 191—195.
- Интервью с Оге и Маргрет Бор – www.aip.org/history/ohilist/4514_1.html
- С. Г. Суворов К публикации открытого письма Нильса Бора организации объединенных наций – ufn.ru/ru/articles/1985/10/f/ // УФН. — 1985. — Т. 147. — № 10. — С. 367—369.
- П. Е. Рубинин Нильс Бор и Петр Леонидович Капица – ufn.ru/ru/articles/1997/1/f/ // УФН. — 1997. — Т. 167. — № 1. — С. 101—106.
- И. Халатников. Дау, Кентавр и другие – berkovich-zametki.com/2008/Zametki/Nomer6/Halatnikov1.php
- Н. Бор Открытое письмо Организации Объединенных Наций – www.ufn.ru/ufn62/ufn62_5/Russian/r625b.pdf // УФН. — 1985. — Т. 147. — № 2. — С. 357—366.
- Д. Данин. Указ. соч. С. 77.
- А. Пайс. Указ. соч. С. 35.
- М. В. Волькенштейн. Дополнительность, физика и биология – ufn.ru/ufn88/ufn88_2/Russian/r882e.pdf // УФН. — 1988. — В. 2. — Т. 154. — С. 279—297.
- Д. Данин. Указ. соч. С. 49—53.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 292.
- ↑ 12Н. Бор. Воспоминания об Э. Резерфорде… С. 234.
- М. А. Ельяшевич. Указ. соч. С. 295.
- В. А. Белоконь. Нильс Бор в гостях у советских учёных – ufn.ru/ufn62/ufn62_1/Russian/r621j.pdf // УФН. — 1962. — В. 1. — Т. 76.
- Н. Бор – www.edu.delfa.net/Interest/biography/B/Bor.htm // Ю. А. Храмов. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983. — С. 40.
- И. Тамм. Указ. соч. С. 192.
- См. The coins and banknotes of Denmark. – www.nationalbanken.dk/C1256BE900406EF3/sysOakFil/Danmarks_penge_2005_ENG/$File/Coins_Banknotes.pdf Изображение банкноты можно посмотреть по ссылке – www-personal.umich.edu/~jbourj/money1.htm.
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.
